应对电路保护设计挑战，WAYON维安帮您选择更合适的电路保护产品

5G、新能源汽车、物联网等行业作为新兴产业，一端连接着不断升级的消费市场，另一端连接着飞速发展的科技创新。值得注意的是，各个产业的建设都与半导体技术的发展息息相关，每当终端设备有新的技术突破，就需要与之匹配的半导体器件。与此同时，所有行业的制造商都在不断推动产品性能提升，试图在创新与成熟可靠的解决方案之间达成平衡。以电子保护子系统为例，这些系统保护敏感且成本高昂的下游电子器件（ASIC、微处理器等），受其特性限制，设计人员面临着平衡设计复杂性、可靠性和成本这一困难任务。

 

许多传统的保护解决方案通常低效、体积庞大且需要维护。为了解决这些不足，帮助设计人员缩小选择范围，选择更适合的方案，本文分享了一些关于保护元器件的典型应用案例，旨在展示保护产品的特点和建议应用的特性。

 

#典型应用方案一

手机Vcharge端口EOS防护

 

受测设备：手机；

测试标准：IEC61000-4-5，1.2/50-8/20us，2Ω，EOS 350V, DC 24V；

客户端现象：使用单颗12V TVS作为端口浪涌防护器件，浪涌测试后，系统开机Fail；

原因分析：失效分析结果显示TVS器件和后级IC均有损坏点。实验室复现失效，器件表面塑封体熔融，器件内部芯片呈现较大区域烧毁点，确定为长时间过电压导致失效；

解决方法：更换24V TVS器件作为端口浪涌防护器件，并搭载型号为WP3116的OVP器件，浪涌测试等级可至350V浪涌等级测试，同时满足DC 24V直流耐压测试； 

整改后优势：更换浪涌防护等级更高的24V TVS器件进行浪涌防护，同时残余能量被后级OVP吸收。测试直流耐压时，TVS不动作，OVP进行过压关断，从而起到更好保护。

 

 

左图：单颗TVS方案 ；右图：TVS+OVP方案

 

针对手机Vcharge/Vbat端口推荐

TVS+OVP保护方案如下：

 

 

 

 

 

 

维安主推保护器件列表

 

 

#典型应用方案二

安防DC12V端口浪涌防护

 

受测设备：安防IPC摄像机；

测试标准：IEC61000-4-5，1.2/50-8/20us，2Ω，surge 2KV；

市场端情况：市场返修率不断增加；

原因分析：返修品失效分析结果显示保护器件和后级DC-DC均有不同程度的损坏。确认为客户端测试标准提升，浪涌测试从1KV提升至2KV；DC-DC切换为直流耐压较弱产品导致。

解决方法：安防产品多为集中供电，雷电感应能量大，低压器件更易击穿，且雷电能量大，对器件通流能力要求更高，更换为负阻工艺SMB封装器件；

整改后方案优势：晶圆N阱推深，获得更优的钳位能力，SMB封装承载更大晶圆，极大提高抗浪涌能力，提升整个系统的防护能力。

 

 

1.2/50us-8/20us 2Ω 2KV

 

 

浪涌后系统正常

 

针对安防IPC DC12V端口浪涌保护方案如下：

 

 

 

 

维安主推保护器件列表

 

 

#典型应用方案三

高速信号线HDMI端口ESD防护

 

受测设备：安防NVR；

测试标准：IEC61000-4-2  contact  8KV,air 15KV ；

市场端情况：终端产品在使用过程中，出现信号中断；

原因分析：失效分析结果显示TVS及后端IC均有击穿现象。超清晰传输要求使得IC系统集成度高，常规工艺产产品参数规格无法满足高速信号接口的保护需求；

解决办法：更换SCR结构的保护器件作为端口防护。Anode接信号端口，Cathode连接GND；当Anode遭受ESD/EOS冲击时，NW/PW结被击穿，晶体管NPN和PNP同时导通，进入放大状态，形成正反馈，进入闩锁状态，器件呈现大骤回特性，将电压钳位到极低水平，有效保护后级IC；

整改后方案优势：SCR结构器件具有超低钳位电压，通流能力强，超低电容，抗ESD能力强等优点，能有效提升系统性能，阵列产品还能有效减小PCB占板面积。

 

 

保护器件位置

 

 

整机测试系统正常

 

针对HDMI端口ESD保护方案如下：

 

 

 

SCR I-V曲线

 

 

维安主推保护器件列表

 

注：维安是国内少数能够自主研发设计SCR工艺的保护器件厂商，目前SCR工艺产品已非常成熟，已开发出单路、多路等各类封装的器件并实现大规模量产，能更快的响应客户。

 

 

#典型应用方案四

汽车抛负载车灯抛负载防护

 

受测设备：车载日行灯项目主板；

测试端口：DC 24V电源口；

测试等级：ISO16750-2 P5a 24V系统；US=202V；T=60S；Td=350ms；Ri=2Ω；10次；

客户端现象：使用SM8S36A 6600W PTVS保护器件，为解决系统EMI，将电感置于保护器件之前。测试抛负载5A时，电感冒烟同时TVS击穿，系统供电中断；

原因分析：失效分析结果显示电感损坏，PTVS保护器件击穿。确认因电感功率不够，抛负载电流瞬间击穿电感；

解决方法：将SM8S36A更换为更大功率的SM8T36A保护器件，同时将电感置于保护器件之后，增加散热板，测试通过16750 5A系统抛负载最高等级。

 

 

 

主板裸板上电测试

 

 

主板加上散热板上电测试

 

 

 

针对车载各类端口保护方案如下：