靜電的考慮

2021-02-22 電子工程師筆記

今天同事遇到一個問題,引發了一些和另一個同事的議論。

事情是這樣的,在設計產品的時候,有時候一張圖中包含了很多個平臺,共用同 一個平臺,只不過分成高低中配,甚至還有不同的車型。因此往往有很多的輸入和輸出口都不用,但是畢竟這些模塊的引腳已經在上面了,我們是否簡單的把所有的 元件全部去除呢,事實上是否定的,我們還是需要將一些很重要的器件保留的,比如單片機的上拉或者下拉的電阻,比如埠的防靜電電容或者齊納管。

齊 納管很好處理,畢竟在靜電的時候自己本身就是一個低阻抗的瀉放渠道,比較容易瀉放出去,那麼電容呢?孤零零的一顆電容,是否自己可以很安全呢。在寫電容選 擇概要的時候談到需要給電容設計瀉放迴路,以引導浪湧幹擾和靜電電荷瀉放。實質上需要指出的是,越來越的轎車取消了靜電帶,也就是將車身後的靜電條去除 掉。當人接觸車身的時候,通過人體將靜電電荷釋放出去,也就是模塊地到車身地再通過人身體到大地,將所有積累的電荷瀉放出去,雖然聽起來有些詭異,不過也 是一條選擇。因此對於埠的陶瓷電容,如果本身存在瀉放電阻,還是進行保留。如果是繼電器之類,而且加上二極體高端輸出的那種,只能依靠電容本身的並聯電 阻將電荷慢慢釋放出去,畢竟懸浮的引腳由於沒有線束,耦合進來的靜電和浪湧相對較少。

關於電容的事情,還要廢話幾句,以前寫過ESD電容問題,不過沒寫太明白,需要補充說明一下。

理想電容是認為源端電荷分配到了兩個電容上,引起電容的電壓(忽略內阻和瀉放電阻消耗的電荷)


以一般我們所使用的2.2nF~100nF的電容的電壓為:


這是150pf的模型,330pf的要惡劣一倍。實際上我們一般我們認為電容的瞬態電壓可以比額定的DC電壓高1.5倍,也就是額定電壓的2.5倍。


根據KEMET提供的數據,實際結果可能要樂觀一些,我節選一下C0G100V的和X7R100V的


而且最奇怪的是50V的耐壓的電容比100V的差不了太多,因此我很懷疑這個長期使用的2.5倍定律是否在電容改進的工藝過程中有足夠的效用


再說說我的親身經歷,我剛進公司的時候曾經做過實驗,拿了兩款10nF的0603的50V耐壓的汽車級電容(兩個公司)。


這兩款電容一款能撐到 6kV,一款活到了15kV。

因此,保守一些還是用2.5倍,激進一些的可以選小一些,然後多做些實驗。

C0G的電容要比X7R貴2倍以上,而不同耐壓值除了有些容量比較冒險以外,屬於20~30%的價格增幅,封裝大小的價格也是以50%為單位的,因此可選用0805(如果空間允許的話)或0603的電容。

電容大了以後會存在很多的問題,信號失真或者什麼的,因此在通信線上都是採用的雙向的齊納管。

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