№2 / 2013 / статья 7

Средства первой необходимости: защита цепей питания и других элементов схем на базе решений ST

Андрей Самоделов (Москва)

Существует большое количество видов защиты электронной аппаратуры, таких как защита от бросков и пропадания напряжения питания; от статического электричества и электрических разрядов; от перегрузок по напряжению и току; от импульсных помех и побочных излучений; от перегрева и переохлаждения; от зацикливания встроенного ПО (firmware); от несанкционированного доступа и т.п. Для реализации перечисленных видов защиты используются как пассивные, так и активные электрические и электронные компоненты. В статье будут рассмотрены изделия компании STMicroelectronics, предназначенные для защиты цепей питания, сигнальных цепей и других элементов электронных схем.

 

Приборы защиты электронной аппаратуры производства ST

Компания ST выпускает большой спектр защитных приборов, которые отвечают всем промышленным требованиям и предназначены для:

  • защиты от бросков напряжения (Electrical Overstress, EOS);
  • защиты от разрядов статического электричества (ESD);
  • защиты от дуговых электрических разрядов;
  • защиты автомобильного оборудования;
  • ограничения силы тока;

Приборы защиты электрических схем производства ST прошли все сертификации, отвечают международным стандартам (или даже превосходят их) защиты от опасных электрических воздействий и предназначены для применения в автомобилях, компьютерах, бытовой технике, промышленных и телекоммуникационных устройствах. Импульсные ограничительные диоды (TVS-диоды) и приборы на их основе компании ST выполнены по запатентованной технологии Transils, поэтому их часто называют TVS-приборами. В статье для обозначения приборов Transils будет использоваться терминология «TVS-приборы» (например, TVS-диоды). Защитные Transils-диоды часто называют супрессорами. Супрессоры соответствуют стандартам ISO 7637-2 и ISO 10605 (таблица 1).

Таблица 1. Соответствие супрессоров международным стандартам   

ISO 10605 ISO 7637-2
C = 150 пФ, R = 330 Ом   C = 330 пФ, R = 330 Ом   VS  
Разряд по воздуху, кВ   Разряд при контакте, кВ   Разряд по воздуху, кВ   Разряд при контакте, кВ   Pulse 1, В   Pulse 2a, В   Pulse 3a, В   Pulse 3b, В  
30   30   30   30   -100   +50   -150   +100  

 

Электрические характеристики — определение параметров

Вольт-амперная характеристика супрессора напоминает вольт-амперную характеристику обычного стабилитрона. На рисунке 1 показаны вольт-амперные характеристики однополярного и двухполярного (симметричного) супрессоров, а в таблице 2 приведена расшифровка используемых на рисунке 1 обозначений, которые будут встречаться в статье при описании параметров рассматриваемых полупроводниковых приборов.

 

ВАХ ограничительного диода

 

Рис. 1. ВАХ ограничительного диода (слева — однополярного, справа — двухполярного)

 

Таблица 2. Основные параметры ВАХ ограничительного диода  

Обозначение Параметр
VF   Прямое падение напряжения  
IF   Прямой ток  
VRM   Напряжение переключения  
IRM   Ток утечки  
VBR   Напряжение пробоя  
IR   Ток пробоя  
VCL   Напряжение ограничения  
IPP   Пиковый импульсный ток  
AT   Температурный коэффициент напряжения  
RD   Динамическое сопротивление  

 

Кроме того, для мощных супрессоров приводится обозначение параметров протекающего через них в режиме пробоя импульса тока, стандартная форма которого приведена на рисунке 2, где tr — время нарастания импульса тока (мкс) до значения пикового импульсного тока, равного IPP; tp — время спада импульса тока (мкс) до значения, равного 50% IPP.

 

Форма повторяющегося импульса тока

 

Рис. 2. Форма повторяющегося импульса тока

В таблицах параметров супрессоров значение импульсного тока обычно приводится вместе со значением временных параметров импульса. Например, строка таблицы параметров на рисунке 3 означает, что для импульса с временем нарастания до максимального значения 10 мкс и временем спада 1000 мкс до значения, равного 50% от максимального, импульсный ток может достигать 75 А.

 

Пример строки из таблицы параметров супрессоров

 

Рис. 3. Пример строки из таблицы параметров супрессоров

Супрессоры находят широкое применение в приборах ограничения импульсов напряжения и тока. В качестве примера применения супрессоров можно привести:

  • защиту от мощных электрических разрядов TVS-диодами и ИС;
  • высокоэффективную защиту от бросков мощности и защиту от статического электричества ограничительными TVS-диодами и их массивами;
  • дополнительную специфичную защиту для приложений, включая последовательные ограничители тока, устройства температурного отключения, CMOS- и SPI-интерфейсы.

Стандартные и перспективные типы корпусов, такие, как mDFN, WLCSP и PowerQFN, позволяют свести к минимуму занимаемое на печатной плате место и улучшить топологию соединений.

Все приборы защиты, выпускаемые ST, можно разделить на следующие группы:

  • приборы защиты для автомобильных приложений;
  • ограничители тока;
  • приборы защиты от бросков напряжения 10/1000мкс;
  • приборы защиты от бросков напряжения 8/20мкс;
  • приборы защиты от статического электричества (ESD);
  • приборы защиты от электрических разрядов.

В данной статье мы сконцентрируемся на решениях для промышленного сегмента.

 

Ограничители тока

Приборы ограничения тока (Current-limiting termination, CLT) предназначены для интеллектуальной защиты модулей устройств цифрового ввода и датчиков приближения, используемых в системах автоматизации заводов и зданий, а также для программируемых логических контроллеров (см. таблицы 3, 4).

Таблица 3. Назначение ограничителей тока   

Наименование Общее описание
CLT3-4B   Счетверенный ограничитель тока и напряжения  
PCLT-2A   Сдвоенный ограничитель напряжения  
SCLT3-8BT8   8-канальное устройство ввода с последовательным интерфейсом  

 

Таблица 4. Основные параметры ограничителей тока   

Наименование Количество каналов Тип цифрового входа Входное
напряжение
(Vin), В
Входной
ток ограничения (ILIM), мA
Пиковый импульсный ток (IPP), 8/20 мкс, max, А Тип корпуса
min max min max HTSSOP14 TSSOP 20 HTSSOP38
CLT3-4B   4   Type 3   -0,3   32   2,1   3,7   24   —   +   —  
PCLT-2A   2   Type 2   -30   32   6,1   8,8   24   +   —   —  
SCLT3-8BT8   8   Type 3   -0,3   30   2,1   2,6   24   —   —   +  

Ограничители тока от ST имеют до восьми защищенных интегрированных каналов, скорость обмена данными по изолированному или неизолированному SPI-интерфейсу 2 МГц, защищают от импульсов мощностью до 600 Вт и обеспечивают степень защиты согласно IEC 61000-4

Новые 8-канальные микросхемы SCLT3-8B явились хорошим дополнением к CLT3-4B и PCLT-2A.

 

SCLT3-8BT8. Защищенная схема цифрового ввода

Микросхема SCLT3-8BT8 имеет восемь защищенных линий цифрового ввода с последовательным интерфейсом. Обладая небольшим энергопотреблением (78 мВт на один вход), микросхема позволяет расширить возможности цифрового ввода/вывода, и уменьшить количество опто-транзисторов. Подстраиваемый цифровой фильтр и драйвер светодиода встроены в каждую входную секцию Type 3. Выходные данные передаются по шине SPI с частотой 2 МГц.

Микросхема содержит программируемые 8-/16-разрядные регистры, поддерживает объединение по протоколу Multi SCLT. Сигнал OTA говорит о перегреве, а сигнал UVA — о перегрузке по напряжению. Для повышения надежности обмена используется несколько бит четности и детектор пропадания напряжения питания.

На рисунке 4 представлена блок-схема, а в таблице 5 приведены основные характеристики SCLT3-8BT8.

 

Блок-схема SCLT3-8BT8

 

Рис. 4. Блок-схема SCLT3-8BT8

 

Таблица 5. Основные параметры SCLT3-8BT8   

Параметр Значение
Входное напряжение VI, В   -30…35  
Порог включения, при RI = 2,2 кОм, В   <11  
Порог выключения   Iin > 1,5 мА или Vi > 5 В  
Диапазон напряжения питания VC, при выходном токе 10 мА, В   9…35  
Защита от напряжения обратной полярности, В   -30  
Активное ограничение тока, точность 10%, мА   2,35  
Импульсная поглощаемая мощность для каждого входа, max, мВт   78  
Регулируемая задержка для входного цифрового фильтра, мкс   20…3000  
Защита источника питания и входов, RI = 2,2 кОм  
От выбросов при переходных процессах, по IEC 61000-4-4, min, кВ   ±4  
От бросков напряжения, по IEC 61000-4-5, min, кВ   ±1  
От ESD при контакте, по IEC 61000-4-2, кВ   ±8  
От ESD, через воздух, по IEC 61000-4-2, кВ   ±15  

Применение: защита цифровых входов программируемых логических контроллеров и децентрализованных модулей ввода/вывода. Защита цифровых входов с последовательной сериализацией состояний. Обеспечение соответствия цифровых входов стандарту IEC 61131-2 type 1 и 3. Совместимость с двухпроводным датчиком присутствия EN60947-5-2.

Типовая схема включения SCLT3-8BT8 приведена на рисунке 5.

 

Типовая схема включения SCLT3-8BT8

 

Рис. 5. Типовая схема включения SCLT3-8BT8

 

Приборы защиты класса 10/1000 мкс

Большое портфолио ST супрессоров класса 10/1000 мкс включает TVS-ограничительные диоды и приборы Transil, обладающие высокой импульсной мощностью от 100 Вт до >5000 Вт, лучшей в классе производительностью даже при максимальной рабочей температуре, высокой плотностью мощности, позволяющей оптимизировать размеры и уменьшить стоимость изделий.

Использование 10/1000 мкс ограничителей производства ST позволяет заменить 1500 Вт прибор в корпусе SMC на миниатюрный 600 Вт в корпусе SMA. В результате снижается стоимость решения при сохранении степени защиты. Это особенно важно для таких приложений, как солнечные инверторы, точки продаж, базовые станции, а также для защиты силовых MOSFET и систем промышленного управления.

 

TVS-приборы, рассчитанные на мощность 400 Вт

Супрессоры на 400 Вт от ST (TVS или Transil) применяются в солнечных инверторах, точках продаж, используются для защиты MOSFET, промышленного управления, базовых станций и блоков питания поверх Ethernet (PoE). Они обладают лучшей в классе производительностью на полной мощности при максимальной рабочей температуре, пиковой мощностью 400 Вт, и позволяют заменить мощные (600 Вт) SMBJ или SM6T.

Выпускаются в выводном корпусе DO-15 или SMD-корпусе (SMA и STmiteFlat)

В таблице 6 приведены параметры TVS-приборов на мощность 400 Вт.

Таблица 6. Параметры TVS-приборов на мощность 400Вт   

Наименование Направленность Мощность (10/1000 мкс) nom, Вт Температура кристалла (Tj) max, °C Тип корпуса
25°C 150°C
BZW04 Двух-; Одно-   400   220   175   DO-15  
SM2T Одно-   200   100   150   STmite  
SM2T3V3A Одно-   200   —   150   STmite  
SMA4F Одно-   400   200   175   SMA F2  
SMAJ Двух-; Одно-   —   270   150   SMA  
SMM4F Одно-   400   200   175   STmiteFLAT  
SMM4F12AVCL Одно-   400   320   175   STmiteFLAT  
SMX1J Одно-   85   77   150   DFN2  

 

TVS-приборы, рассчитанные на мощность 600 Вт

Аналогичны TVS-приборам ST на мощность 400 Вт и могут служить в качестве более дешевой замены мощных приборов SMCJ (1500 Вт).

Малогабаритные корпуса, аксиальный (DO-15) и SMD (SMA и SMB), обеспечивают гибкость разводки и экономию места на печатной плате по сравнению со стандартными корпусами.

В таблице 7 приведены параметры TVS приборов на мощность 600 Вт

Таблица 7. Параметры TVS-приборов на мощность 600 Вт   

Наименование Направленность Мощность (10/1000 мкс) nom, Вт Температура кристалла (Tj) max, °C Тип корпуса
25°C 150°C
BZW06 Двух-; Одно-   —   330   175   DO-15  
P6KE Двух-; Одно-   600   330   175   DO-15  
SM6T Двух-; Одно-   —   510   150   SMB  
SMA6F Одно-   600   300   —   SMA F2  
SMA6J Двух-; Одно-   600   300   175   SMA  
SMBJ Двух-; Одно-   600   510   150   SMB  
SMLVT3V3 Одно-   600   330   175   SMB  

 

TVS-приборы, рассчитанные на мощность 1500 Вт

Супрессоры на 1500 Вт применяются в солнечных инверторах, точках продаж, используются для защиты MOSFET, промышленного управления, базовых станций и блоков питания Power-over-Ethernet (PoE).

Они обладают лучшей в классе производительностью на полной мощности при максимальной рабочей температуре, пиковой мощностью 1500 Вт, и позволяют заменить альтернативные устройства защиты мощностью до 3000 Вт, имея при этом меньшие габариты и большую плотность мощности. Выпускаются как в аксиальных корпусах (DO-201), так и в SMD (SMC).

В таблице 8 приведены параметры TVS приборов на мощность 1500 Вт.

Таблица 8. Параметры TVS-приборов на мощность 1500 Вт   

Наименование Направленность Мощность (10/1000 мкс) nom, Вт Температура кристалла (Tj) max, °C Тип корпуса
25°C 150°C DO-201 R6-2 SMC
1.5KE Двух-; Одно-   1500   750   175   +   —   —  
1N5908 Одно-   1500   1500   175   +   —   —  
LDP35CA Двух-   —   —   175   —   +   —  
SM15T Двух-; Одно-   1500   1250   150   —   —   +  
SM5908 Одно-   1500   1500   175   —   —   +  
SMCJ Двух-; Одно-   1500   1250   —   —   —   +  

 

TVS-приборы, рассчитанные на мощность более 1500 Вт

Супрессоры на мощность свыше 1500 Вт способны защитить от больших выбросов мощности такие приложения, как солнечные инверторы, системы промышленного управления и базовые станции.

Приборы обладают самой лучшей в классе производительностью при полной мощности, даже при самой высокой температуре. Супрессоры на мощность 3000 и 5000 Вт выпускаются в аксиальных и SMD-корпусах. Имеются как однополярные, так и двухполярные приборы на напряжение от 5 до 180 В.

В таблице 9 приведены параметры TVS приборов на мощность более 1500 Вт.

Таблица 9. Параметры TVS-приборов на мощности более 1500 Вт   

Наименование Направленность Мощность (10/1000 мкс) nom, Вт Температура кристалла (Tj) max, °C Тип корпуса
25°C 150°C
BZW50 Двух-; Одно-   5000   2750   175   R6  
SMC30J Двух-; Одно-   3000   2400   150   SMC  

 

TVS-приборы для высокой плотности мощности

Особую группу составляют приборы, параметры которых приведены в таблице 10, для защиты от импульсов тока и напряжения с высокой плотностью мощности.

Таблица 10. Параметры TVS-приборов для высокой плотности мощности   

Наименование Мощность (10/1000 мкс) nom, Вт Температура кристалла (Tj) max, °C Тип корпуса
25°C 150°C
SM2T 200   100   150   STmite  
SM2T3V3A 200   —   150   STmite  
SMA4F 400   200   175   SMA F2  
SMA6F 600   300   —   SMA F2  
SMA6J 600   300   175   SMA  
SMM4F 400   200   175   STmiteFLAT  
SMM4F12AVCL 400   320   175   STmiteFLAT  
SMX1J 85   77   150   DFN2 1.5x1x0.6  

 

Приборы EOS-защиты от импульсов 8/20 мкс

Приборы силовой защиты EOS 8/20 мкс производства компании ST и супрессоры совместимы со стандартом IEC 61000-4-5 и предназначены для защиты от перегрузок силовых шин или линий данных.

Отдельные приборы оптимизированы на использование в конкретных приложениях, таких как Gigabit Ethernet, Power-over-Ethernet (PoE), защита датчиков, измерительные приборы и шины питания телекоммуникационного оборудования.

Большой выбор корпусов, от 0402 до SMC, обеспечивает гибкость в выборе необходимого прибора.

Приборы для защиты от импульсов тока 8/20 мкс делятся на две группы:

  • приборы для защиты шин данных на ток менее 24А;
  • приборы для защиты шин питания на ток более 24A.

Рассмотрим подробно каждую из этих групп.

 

Приборы для защиты шин данных на ток менее 24 А

Приборы защиты линий данных от ST удовлетворяют требования стандарта IEC 61000-4-5 и имеют маленькие корпуса, включая flip-chip, SOD и mQFN. Они имеют характеристики, оптимизированные для обеспечения надежности и гибкости защиты (таблица 11).

Таблица 11. Параметры приборов для защиты шин данных на ток менее 24 А   

Наименование Направленность Количество каналов Пиковый импульсный ток (IPP) (8/20 мкс) max, А Температура кристалла (Tj) max, °C Тип корпуса
ESDA-1K Одно-   1   16   150   SOD-523  
LFTVS10-1F3 Одно-   —   —   125   Flip-Chip 400u  
LFTVS18-1F3 Одно-   1   5   125   Flip-Chip 400u  
SPT01-335DEE Одно-   3   2   175   uQFN-6L  

Поддерживаются такие специфичные приложения, как Power-over-Ethernet (PoE), Gigabit Internet, промышленные датчики, измерительные приборы и зарядные устройства.

 

SPT01-335DEE. Прибор для защиты автономных датчиков

Супрессор SPT01-335 спроектирован специально для защиты 24 В датчиков приближения. Он реализует защиту от обратной полярности включения и перегрузок по напряжению, обеспечивая компактное и гибкое решение для PNP- и NPN-датчиков.

Благодаря передовым технологиям компании ST, SPT01-335 защищает датчик в полном соответствии со стандартами IEC 61000-4-2, IEC 61000-4-4 и IEC 60947-5-2 / IEC 61000-4-5. Обеспечивается полная совместимость для интерфейсов с логическими входами type 1, 2 и 3 по стандарту IEC 61131-2. Прибор рекомендован для защиты любых трехпроводных датчиков по стандарту EN 60947-5-2.

Внешний вид SPT01-335 показан на рисунке 6, а основные параметры приведены в таблице 12.

 

Внешний вид SPT01-335DEE

 

Рис. 6. Внешний вид SPT01-335DEE

 

Таблица 12. Основные параметры SPT01-335DEE  

Параметр Условие Значение
Напряжение питания, В   —   6…32  
Напряжение пробоя VBR min, В   —   36  
Напряжение ограничения max, В   8/20 мкс, 2 A   46  
Прямой ток через датчик, мА   —   300  
Прямое падение напряжения на блокирующем диоде VF, В   IF = 300 мА   1  
Ток в прямоугольном импульсе на блокирующем диоде IFSM, max, А   10 мс   1  
Рабочая температура, °C   —   -25…85  

 

Приборы для защиты шин питания на ток более 24 A

Приборы для защиты силовых линий от ST поддерживают такие приложения, как приемники спутникового вещания (LNB), мощные DC/DC-преобразователи и источники питания телекоммуникационного оборудования. Они разработаны с учетом требований стандарта IEC 61000-4-5, обеспечивают защиту по току до 500 А, поддерживают специфичные приложения и выпускаются в различных корпусах (см. таблицу 13).

Таблица 13. Параметры приборов для защиты шин питания на ток более 24 A   

Наименование Направленность Количество каналов Пиковый импульсный ток (IPP) (8/20 мкс) max, А Температура кристалла (Tj) max,°C Тип корпуса
ITAxxB1 Дву-   4   40   125   SO-8  
ITAxxB3 Дву-   8   40   125   SO-20  
ITAxxU1 Одно-   6   40   125   SO-8  
LBP01 Дву-; Одно-   1   24   150   SMB; SOT23-5L  
LNBTVS Одно-   1   250   150   SMB  
SMTY18AM Одно-   1   —   150   STmite  
STIEC45-XXAS Одно-   1   500   150   SMC  

Приборы семейства ITA оптимизированы для промышленных приложений, SLVU и PEP01 — для Ethernet or PoE, а STIEC45 — для защиты шин питания постоянного тока.

 

LNBTVS — Transil для защиты малошумящих блоков

Супрессоры LNBTVS спроектированы для защиты стабилизаторов напряжения LNB от электростатических разрядов, согласно IEC 61000-4-2; MIL STD 883, method 3015 и электрических перегрузок согласно IEC 61000-4-4 и 5. Они способны обеспечить защиту от напряжения до 6 кВ в коммерческом температурном диапазоне (до 85°C) и соответствуют IEC 61000-4-5 до температуры Tj = 85°C.

LNBTVS выпускаются в корпусах SMB или SMC (по стандарту IPC 7531). Внешний вид LNBTVS показан на рисунке 7, а основные параметры приведены в таблице 14.

 

Внешний вид LNBTVS

 

Рис. 7. Внешний вид LNBTVS

 

Таблица 14. Основные параметры LNBTVS   

Параметр Условие Значение
Пиковая импульсная мощность   10/1000 мкс 8/20 мкс до 3 кВт до 22,5 кВт
Напряжение пробоя   —   23,1…30 В  
Прямое падение напряжения VF   3 А   1,2 В  
Ток утечки   25°C   0,2 мкА  
Рабочая температура Tj max   —   150°C  
Снижение мощности при Tj max   10/1000 мкс   1250 Вт  

 

Защита от электростатических разрядов (ESD)

Следуя потребностям рынка, приборы ESD-защиты производства ST, включая супрессоры (TVS), ограничительные диоды и их массивы (Transils), фокусируются на соответствии IEC 61000-4-2, эффективности защиты при низком напряжении ограничения, надежности защиты при малом токе утечки и обеспечении целостности сигнала за счет низкой емкости и широкой полосы пропускания.

Приборы ESD-защиты выпускаются в различных типах стандартных корпусов и обеспечивают оптимизацию используемого пространства.

Приборы защиты от статического электричества (ESD) делятся на:

  • массивы ограничительных диодов;
  • приборы защиты высокоскоростных портов;
  • приборы защиты USB-портов.

 

Массивы ограничительных диодов

Массивы ограничительных диодов производства ST применяются в большом количестве приложений, таких как смартфоны, аудиоаксессуары, точки продаж, глюкометры, измерительные приборы и домашние маршрутизаторы.

Они выпускаются в таких корпусах, как 0402, а также в корпусах минимального размера с 2…5 выводами.

В таблице 15 приведены параметры массивов ограничительных диодов.

Таблица 14. Параметры массивов ограничительных диодов  

Наименование Направленность Кол-во
каналов
Напряжение пробоя (Vbr) min, В Емкость typ, пФ IEC 61000-4-2 min, кВ
Разряд
при контакте
Разряд
по воздуху
DA108S1 Uni-   4   1,2   35   8   15  
DA112S1 Uni-   4   1,2   35   8   15  
DALC112 Uni-   6   1,3   7   8   —  
DALC208 Uni-   —   1,2   7   8   15  
ESDA14V2-1BF3 Bi-   1   14,2   10   8   15  
ESDA14V2-2BF3 Bi-   2   14,2   12   8   —  
ESDA14V2-4BF2 Bi-   4   14,2   15   8   15  
ESDA14V2-4BF3 Bi-   4   14,2   14   8   0,1  
ESDA17-5SC6 Uni-   5   17   33   —   —  
ESDA18-1F2 Uni-   1   16   230   30   —  
ESDA25B1 Bi-   6   25   15   8   15  
ESDA6V1-4BC6 Bi-   4   6,1   45   8   15  
ESDA6V1-5M6 Uni-   5   6,1   70   —   —  
ESDA6V1-5SC6 Uni-   5   6,1   50   15   20  
ESDA6V1-5T6 Uni-   5   6,1   70   8   15  
ESDA6V1BC6 Bi-   4   6,1   20   8   15  
ESDA6V1S3 Uni-   18   6,1   120   8   —  
ESDA6V1U1 Uni-   6   6,1   100   8   15  
ESDA8V2-1J Uni-   1   8,2   210   —   —  
ESDA8V2-1MX2 Uni-   1   8,2   350   —   30  
ESDAL Uni-   2   5,3   50…220   —   —  
ESDALC12-1T2 Uni-   1   12   15   20   25  
ESDALC14V2-1U2 Uni-   1   14,2   6   8   15  
ESDALC5-1BM2 Bi-   1   5   26   30   —  
ESDALC5-1BT2 Bi-   1   5   26   30   —  
ESDALC6-4N4 Uni-   4   6   9,5   11   11  
ESDALC6V1-1BU2 Bi-   1   6,1   5   —   15  
ESDALC6V1-1M2 Uni-   1   6,1   22   30   30  
ESDALC6V1-1U2 Uni-   1   6,1   12   —   —  
ESDALC6V1-5M6 Uni-   5 &nb
sp;
6,1   12   8   —  
ESDALC6V1-5P6 Uni-   5   6,1   12   8   15  
ESDALC6V1-5T6 Uni-   5   6,1   7   8   —  
ESDALC6V1M3 Uni-   2   6,1   11   11   —  
ESDALC6V1Px Uni-   4   6,1   12   —   15  
ESDALC6V1W Uni-   4   6,1   12   —   15  
ESDALCL5-1BM2 Bi-   1   5   —   30   30  
ESDALCL6-2SC6 Uni-   2   6   2,5   15   30  
ESDALCL6-4P6A Uni-   4   6   —   15   30  
ESDARF01-1BM2 Bi-   1   .7   3   8   —  
ESDARF03-1BF3 Bi-   1   6   0,6   —   —  
ESDAULC6-3BP6 Bi-   3   6   1   15   —  
ESDAULC6-8F3 Uni-   8   6   1   —   —  
ESDAVLC6-1BV2 Bi-   1   6,1   7,5   12   15  
ESDAVLC8-1BM2 Bi-   1   8,5   4,5   17   17  
ESDAVLC8-1BT2 Bi-   1   8,5   4,5   17   17  
ESDAVLC8-1BU2 Bi-   1   8,5   5   —   16  
ESDAVLC8-4BN4 Bi-   4   8,5   4,5   16   16  
ESDAXLC4-1BF3 Bi-   1   4   0,3   —   —  
ESDAXLC6-1BT2 Bi-   1   6   —   16   25  
ESDAXLC6-1BU2 Bi-   1   6   —   16   25  
ESDAXLC6-1MY2 Uni-   1   6   0,5   8   8  
ESDAxxSCx Uni-   4   5,3   60…280   —   —  
ESDAxxxP6 Bi-; Uni-   4/5   6,1   22…70   —   —  
ESDAxxxWx Uni-   2…5   6,1   30…90   —   15  

 

Таблица 14. Параметры массивов ограничительных диодов (продолжение)  

Наименование Напряжение ограничения (VCL) (30 нс) max, В Напряжение
переключения (VRM) nom, В
Ток утечки (IRM) max, мкА Тип корпуса
DA108S1 —   —   2   SO-8  
DA112S1 —   —   2   SO-8  
DALC112 —   —   2   SO-8  
DALC208 —   —   —   SOT23-6L  
ESDA14V2-1BF3 47   3   0,1   Flip-Chip 400u  
ESDA14V2-2BF3 —   —   —   Flip-Chip 400u  
ESDA14V2-4BF2 —   —   1   Flip-Chip 500u  
ESDA14V2-4BF3 —   —   0,5   Flip-Chip 400u  
ESDA17-5SC6 —   —   0,075   SOT23-6L  
ESDA18-1F2 —   —   0,5   Flip-Chip 500u  
ESDA25B1 —   —   2   SO-8  
ESDA6V1-4BC6 —   —   1   SOT23-6L  
ESDA6V1-5M6 15   —   1   uQFN-6L  
ESDA6V1-5SC6 —   —   1   SOT23-6L  
ESDA6V1-5T6 25   —   0,2   uQFN-6L  
ESDA6V1BC6 —   —   1   SOT23-6L  
ESDA6V1S3 —   —   2   SO-20  
ESDA6V1U1 —   —   2   SO-8  
ESDA8V2-1J 29   —   0,5   SOD-323  
ESDA8V2-1MX2 —   —   0,5   uQFN-2L  
ESDAL —   —   20   SOT23  
ESDALC12-1T2 —   —   0,2   SOD-882T  
ESDALC14V2-1U2 14,2   —   0,1   ST0201  
ESDALC5-1BM2 12,3   —   0,05 пА   SOD-882  
ESDALC5-1BT2 12,5   —   0,05 пА   SOD-882T  
ESDALC6-4N4 22   3   0,07   DFN4 1×0.8×0.4  
ESDALC6V1-1BU2 21,5   —   0,1   ST0201  
ESDALC6V1-1M2 —   —   0,1   SOD-882  
ESDALC6V1-1U2 21   —   0,1   ST0201  
ESDALC6V1-5M6 —   —   1   uQFN-6L  
ESDALC6V1-5P6 —   —   0,07   SOT-666  
ESDALC6V1-5T6 28   —   0,1   uQFN-6L  
ESDALC6V1M3 —   —   0,5   SOT-883  
ESDALC6V1Px —   —   0,5   SOT-666  
ESDALC6V1W —   —   1   SOT323-5L  
ESDALCL5-1BM2 —   3   0,001   SOD-882  
ESDALCL6-2SC6 23   5   0,001   SOT23-6L  
ESDALCL6-4P6A 25   5   0,001   SOT-666  
ESDARF01-1BM2 28   —   0,3   SOD-882  
ESDARF03-1BF3 —   —   0,1   Flip-Chip 400u  
ESDAULC6-3BP6 —   —   0,5   SOT-666  
ESDAULC6-8F3 —   —   100   Flip-Chip 400u  
ESDAVLC6-1BV2 50   3   0,05   CSPS0.275 SP 2-6  
ESDAVLC8-1BM2 22,5   —   0,05 пА   SOD-882  
ESDAVLC8-1BT2 22,5   —   0,05 пА   SOD-882T  
ESDAVLC8-1BU2 21,5   —   0,1   ST0201  
ESDAVLC8-4BN4 28   5   0,05   DFN4 1×0.8×0.4  
ESDAXLC4-1BF3 32,5   —   0,05 пА   Flip-Chip 400u  
ESDAXLC6-1BT2 36   3   0,07   SOD-882T  
ESDAXLC6-1BU2 42   3   —   ST0201  
ESDAXLC6-1MY2 23,6   —   0,1 пА   uQFN-2L  
ESDAxxSCx —   —   20   SOT23-5L; SOT23-6L  
ESDAxxxP6 12   —   1   SOT-666  
ESDAxxxWx —   —   1   SOT-323; SOT323-5L; SOT323-6L  

  

Защита высокоскоростных портов

Приборы для ESD-защиты семейства HSP производства ST предназначены для защиты высокоскоростных интерфейсов HDMI, DisplayPortTM, USB3.0, Ethernet, DVI, MIPI, MHL и Thunderbolt.

К особенностям этих приборов можно отнести широкую полосу пропускания до 13 ГГц, компактные корпуса mQFN, WLCSP и стандартные SOT, для удобства разводки и облегчения тестирования.

Приборы семейства HSP обеспечивают эффективную защиту от статического напряжения до 15 кВ и высокую степень целостности высокоскоростных сигналов.

В таблице 16 приведены параметры ИС однополярных высокоскоростных устройств ESD-защиты.

Таблица 16. Параметры ИС высокоскоростных устройств ESD-защиты  

Наименование Кол-во каналов Ток утечки (IRM) max, нА IEC 61000-4-2 min, кВ Напряжение переключения (VRM) nom, В Напряжение пробоя (Vbr) min, В Полоса пропускания (-3 dB) typ, ГГц Емкость, пФ Напряжение ограничения (VCL) (30 нс) max, В Тип
корпуса
Разряд при контакте Разряд по воздуху Линия-земля Линия-линия
DSILC6-4xx 4   500   8   15   3   6   5   2   1   30   Flip-Chip 500u; SOT-666  
DVIULC6-2×6 2   500   8   15   3   6   6   0,6   0,3   18   SOT-666; uQFN-6L  
DVIULC6-4SC6 4   500   8   15   3   6   6   0,8   0,4   22   SOT23-6L  
ESDAULC6-1U2 1   100   17   25   3   6   5,2   0,8   —   24   DFN2  
HDMIULC6-2×6 2   500   8   15   3   6   6   0,6   0,3   18   SOT-666; uQFN-6L  
HDMIULC6-4F3 4   100   8   15   3   6   7   0,7   0,4   17   Flip-Chip 400u  
HDMIULC6-4SC6 4   500   8   15   3   6   6   0,8   0,4   22   SOT23-6L  
HSP061-2 2   100   8   15   3   6   6   0,6   0,3   18   SOT-666; uQFN-4L; uQFN-6L  
HSP061-4M10 4   70   8   15   3   6   8.7   0,6   0,3   27   DFN-10L  
HSP061-4NY8 4   100   8   15   3   6   6   0,6   0,3   18   uQFN-8L  
HSP061-8M16 8   100   8   15   3   6   6.5   0,6   0,3   14   uQFN-16L  
HSP062-2 2   100   8   15   3   6   6   0,6   0,3   18   SOT-666; uQFN-6L  
SATAULC6-2M6 2   500   8   15   3   6   6   0,6   0,3   18   uQFN-6L  
SATAULC6-2P6 2   500   8   15   3   6   6   0,6   0,3   18   SOT-666  

  

Защита USB-портов

ST предлагает специализированные приборы для защиты линий данных USB-портов и приборы защиты VBus в одном корпусе, покрывая, таким образом, весь диапазон USB-устройств. Эти приборы пригодны для защиты линий всех USB-устройств, включая бытовые (сотовые телефоны, смартфоны, ноутбуки), промышленные и медицинские приложения.

Приборы защиты доступны для всех скоростей/версий USB, таких как USB2.0, USB3.0 и mUSB, и совместимы с VBus до напряжения 32 В

В таблице 17 приведены параметры приборов для защиты USB-устройств.

Таблица 17. Параметры однополярных приборов для защиты шин данных и питания USB-портов   

Наименование Кол-во
каналов
Напряжение переключения (VRM) nom, В Ток утечки (IRM) max, мкА Напряжение пробоя (VBR) nom, В Прямое падение напряжения (Vf) max, В
USBLC6-2 2   5,25   0,15   6   1,1  
USBLC6-4 4   5,25   0,15   6   0,86  
USBP01-5M8 5   3   0,07   6   1,5  
USBULC1606-4M8 —   —   —   6,8   —  
USBULC6-2F3 2   3   0,07   6   —  
USBULC6-2M6 2   5   0,5   6   —  
USBULC6-3F3 3   3   0,1   6   —  

Таблица 17. Параметры однополярных приборов для защиты шин данных и питания USB-портов (продолжение)  

Наименование Емкость typ, пФ Напряжение ограничения (VCL)
(30 нс) max, В
Полоса пропускания (-3 dB) typ, ГГц IEC 61000-4-2 min (кВ) Тип корпуса
Линия-земля Линия-линия Разряд
при контакте
Разряд
по воздуху
USB6B1 25   15   —   —   15   8   SO-8  
USBLC6-2 2,5   1,2   —   3   15   15   SOT-666; SOT23-6L  
USBLC6-4 3   1,85   —   0.8   15   15   SOT23-6L  
USBP01-5M8 0,2   0,2   28   10   15   8   DFNф-8L-E  
USBULC1606-4M8 —   —   —   —   —   —   uQFN-8L  
USBULC6-2F3 1,5   0,75   21,5   4   10   10   Flip-Chip 400u  
USBULC6-2M6 0,95   0,5   —   6   15   15   uQFN-6L  
USBULC6-3F3 0,85   0,43   20   8,5   8   8   Flip-Chip 400u  

 

USB6B1 — супрессор для защиты шин данных

Для предотвращения выхода из строя высокоскоростных систем передачи данных компанией STMicroelectronics были разработаны специальные приборы защиты. Их очень низкая собственная емкость позволяет защищать шины с высокой скоростью передачи данных.

Прибор USB6B1 содержит полный диодный мост с интегрированным ограничительным диодом и позволяет защитить от перегрузки две сигнальных линии. Кроме того, этот прибор, благодаря встроенному диоду Transil, защищает линии питания.

Внешний вид USB6B1показан на рисунке 8, а основные параметры приведены в таблице 18.

 

Внешний вид и назначение выводов USB6B1

 

Рис. 8. Внешний вид и назначение выводов USB6B1

 

Таблица 18. Основные параметры USB6B1   

Параметр Условие Значение
Пиковая рассеиваемая мощность PPP   8/20 мкс   500 Вт  
Пиковый импульсный ток   8/20 мкс 2/10 мкс 25 А 40 А
Напряжение пробоя VBR min   —   6 В  
Рабочий температурный диапазон Top   —   -40…85°C  

Прибор USB6B1 предназначен для защиты USB портов, интерфейсов RS-423/485, ISDN оборудования, карт T1/E1 и HDSL/ASDL интерфейсов.

 

Защита от электрических разрядов

Приборы защиты от электрических разрядов производства ST доступны как в виде дискретных, так и интегрированных решений и совместимы с хорошо известными мировыми телекоммуникационными стандартами:

  • Telcordia GR-1089 core и TIA-968-A (FCC part 68) для Америки
  • ITU-T K для остальной части мира
  • YDT для Китая, на базе ITU-T K

Устройства защиты от перегрузок по мощности и току от ST, включая защитные диоды и IC (Trisils), обеспечивают защиту и надежность работы как общего, так и специализированного телекоммуникационного оборудования, включая витые пары, CO/CP, маршрутизаторы, сетевые карты, T1/E1, Ethernet, EPON, GPON, XDSL-модемы и устройства голосовой связи, которые могут быть выведены из строя мощными электрическими разрядами.

Большое разнообразие типов используемых корпусов обеспечивает гибкость при разработке и надежность при эксплуатации различных конечных приложений.

В группу приборов защиты от электрических разрядов входят:

  • Дискретные супрессоры.
  • Приборы защиты линий Ethernet.
  • Приборы защиты других телекоммуникационных линий.
  • Приборы SLIC-защиты.
  • Приборы защиты xDSL-линий.

Рассмотрим подробнее все перечисленные разновидности защитных приборов.

 

Дискретные супрессоры

Дискретные супрессоры, или приборы Trisils, защищают чувствительное оборудование от электрических разрядов и замыкания шин питания. Они предназначены для использования в таких приложениях, как PLC-модемы, Ethernet, POTs, CO/CP, маршрутизаторы и линии передачи данных.

Супрессоры соответствуют таким стандартам, как GR-1089 core, ITU-T-K20/K21, VDE0433, VDE0878, IEC 61000-4-5 и FCC part 68. Очень низкое напряжение ограничения, доходящее до 8 В, позволяет защищать низковольтные изолирующие трансформаторы в каналах T1/E1 и Ethernet. Высоковольтные версии с напряжением ограничения до 400 В предотвращают замыкание силовых линий, уменьшая стоимость обслуживания в удаленных точках за счет того, что отпадает необходимость менять плавкие предохранители.

Приборы выпускаются с низким (LC) и микро- (MC) уровнями собственной емкости для совместимости с такими цифровыми линиями передачи данных, как ADSL2 и ADSL2+.

Новые поколения дискретных супрессоров обеспечивают дополнительную экономию затрат.

В таблице 19 приведены параметры дискретных супрессоров.

Таблица 19. Параметры дискретных супрессоров   

Наименование Пиковый импульсный ток (IPP), А Ток утечки (IRM) max, мкА Тип корпуса
10/1000 мкс GR1089 5/310 мкс ITU-T K20/K21 2/10 мкс GR1089
SMP100LC 100   150   500   5   SMB  
SMP100MC 100   150   500   5   SMB  
SMP30 30   40   100   5   SMA  
SMP50 50   65   100   5   SMA  
SMP75 75   120   250   5   SMB  
SMP80MC 80   120   250   5   SMB  
SMTPA 50   65   100   5   SMB  
TPA 50   65   100   5   DO-15  

 

Приборы защиты линий Ethernet

Приемопередатчики Ethernet не сертифицируются по IEC 61000 и должны быть защищены внешними приборами. Для защиты линий Ethernet необходимо применять различные стандарты, поскольку они используются в разнообразных устройствах, включая компьютеры, мультимедиа системы, устройства промышленной и домашней автоматизации и телекоммуникационное оборудование.

Приборы защиты линий Ethernet производства ST совместимы со стандартами IEC 61000-4-2 и IEC 61000-4-5, поддерживают стандарты 10/100/1G/10G Ethernet и могут использоваться для первичной и вторичной защиты разъемов RJ45 или приемопередатчиков, в зависимости от требований стандарта.

В таблице 20 приведены параметры приборов для защиты линий Ethernet.

Таблица 20. Параметры приборов для защиты линий Ethernet   

Наименование Направленность Пиковый импульсный ток (IPP) max, А Напряжение переключения (VRM) max, В Ток утечки (IRM) max, мкА Емкость (линия-линия) typ, пФ Тип
корпуса
10/1000 мкс GR1089 5/310 мкс ITU-T K20/K21 2/10 мкс GR1089 8/20 мкс
ETP01-xx21 Дву-   —   40   150   100   —   1   12   SO-8  
PEP01-5841 Одно-   —   —   —   24   58   0,2   55   SO-8  
SLVU2.8 Дву-   —   —   —   30   2,8   0,2   3   SO-8  

 

ETP01-xx21 — защита линий Ethernet

Семейство приборов с малой собственной емкостью ETP01 разработано для защиты высокоскоростных сетей передачи данных. Технология Planar обеспечивает соответствие стандартам Telcordia GR1089 Intrabuilding и ITU-T K20/21, а низкая собственная емкость предотвращает искажение таких высокоскоростных сигналов, как Ethernet. Приборы осуществляют как дифференциальный, так и общий режим защиты.

Внешний вид ETP01-xx21 показан на рисунке 9, а основные параметры приведены в таблице 21.

 

Внешний вид и назначение выводов ETP01-xx21

 

Рис. 9. Внешний вид и назначение выводов ETP01-xx21

 

Таблица 21. Основные параметры ETP01-xx21   

Параметр Условие Значение
Telcordia GR1089 Intrabuilding   2/10 мкс   150 А  
ITU-T K20/21   5/310 мкс   40 А  
Емкость max   0 В   13 пФ  
Пиковый импульсный ток Ipp   5/310 мкс   40 А  
8/20 мкс   100 А  
2/10 мкс   150 А  
Неповторяющаяся перегрузка по току ITSM   t = 20 мс   8 А  
Рабочий температурный диапазон Tj   —   -40…50°C  

 

Приборы защиты других телекоммуникационных линий

Решения ST для защиты телекоммуникационных линий удовлетворяют большинству телекоммуникационных мировых стандартов и могут использоваться для защиты устаревших устройств. Их четырехточечная конфигурация обеспечивает надежную защиту, устраняет броски напряжения, вызванные паразитной индуктивностью линий передачи данных (LdI/dt), особенно — для очень быстрых переходных процессов. Для ISDN-интерфейса выпускается специализированное семейство TPI — приборы триполярной защиты.

В таблице 22 приведены параметры приборов для защиты телекоммуникационных линий.

Таблица 22. Параметры приборов для защиты телекоммуникационных линий   

Наименование Пиковый импульсный ток (IPP), А Ток удержания (I_h) min, A Тип корпуса
10/1000 ms GR1089 5/310 ms ITU-T K20/K21 2/10 ms GR1089
THBT15011   30   —   —   150   SO-8  
THBT20011   30   —   —   150   SO-8  
TPI   30   40   90   150   SO-8  
TPP   30   40   75   180   SO-8  

 

Приборы SLIC-защиты

Семейство приборов SLIC от ST предназначено для защиты абонентских точек, маршрутизаторов, EPON, GPON и оборудования для передачи голоса и удовлетворяет большинству мировых телекоммуникационных стандартов защиты от электрических разрядов, контакта с силовыми линиями и индукционных наводок.

Выпускаемое ST семейство LCP предназначено для защиты всех существующих видов SLIC и совместимо с телекоммуникационными стандартами, поддерживает SLIC с одним и двумя напряжениями питания и обладает наиболее эффективной защитой благодаря программируемым логическим элементам.

Микросхемы LCP могут программироваться: напряжение порога срабатывания может следовать за напряжением цепей питания, что приводит к повышению эффективности защиты.

В таблице 23 приведены параметры приборов SLIC-защиты.

Таблица 23. Параметры приборов SLIC-защиты   

Наименование Кол-во
каналов
Пиковый импульсный ток (IPP), А Рабочее напряжение, В Ток удержания (I_h) min, мА Тип корпуса
10/1000 мкс GR1089 5/310 мкс ITU-T K20/K21 2/10 мкс GR1089 Отрицательное min (VGN) Положительное max (VGP)
CLP30-200B1 2   30   40   150   200   0   150   SO-8  
LCDP1521 4   15   25   70   150   0   150   SO-8  
LCDP1521S 4   25   40   90   175   0   150   SO-8  
LCP02-150B1 2   30   45   100   120   120   150   SO-8W  
LCP12 2   45   75   150   120   120   150   SO-8W  
LCP1521S 2   30   40   150   175   0   150   SO-8  
LCP1531 2   25   37,5   90   175   0   150   SO-8  

 

Приборы защиты xDSL-линий

Приборы для защиты DSL-линий производства ST созданы для защиты драйверов xDSL-линий от перегрузок, определенных в стандартах ITU-T K20/K21/K44 и Telcordia GR-1089 для DSL-шлюзов и DSLAM-приложений (см. таблицу 24). Они поддерживают все стандарты передачи данных, включая ADSL, ADSL2, ADSL2+, VDSL и VDSL2. Выпускаются драйверы на весь диапазон рабочего напряжения. Наиболее широкое распространение получили драйверы в маленьких корпусах.

Таблица 24. Параметры приборов для защиты xDSL-линий   

Наименование Пиковый импульсный ток (IPP) (8/20 ms) max, А Изменение емкости от напряжения (DC) typ, пФ Ток утечки (IRM) max, мкА Тип корпуса
DDSL01 30   4   0,5   SOT23  
DSL01-xxxSC5 30   3,5   0,5   SOT23-5L  
DSL02 30   0,3   0,5   SOT23-5L  

Основным преимуществом приборов защиты DSL-линий производства ST является то, что они объединяют возможность высокоскоростной передачи данных по DSL-линиям и эффективную защиту.

 

DSL01-xxxSC5 — приборы вторичной защиты для DSL-линий

Приборы DSL01-xxxSC5 объединяют преимущества Transil, используемых для защиты от слабых выбросов напряжения, и Trisil, используемых для защиты от его мощных выбросов. Такая комбинация обеспечивает защиту высокоскоростных линий, таких как ADSL2+ и VDSL и выпуск приборов в маленьком корпусе SOT23-5L.

В режиме Transil происходит защита от ESD и слабых перегрузок без влияния на работу передающего драйвера, в то время как защита от мощных перегрузок будет блокировать работу драйвера, предотвращая его повреждение. Малая собственная емкость позволяет использовать DSL01-xxxSC5 для защиты линий ADSL2+ и VDSL.

 

Заключение

В статье были рассмотрены супрессоры (ограничительные диоды) и защитные приборы на их основе, выпускаемые компанией ST. Большая номенклатура и диапазон параметров позволяют использовать рассмотренные приборы для широкого спектра приложений, в которых необходима защита как шин питания, так и сигнальных линий. Возможность использования приборов одного производителя для обеспечения комплексной защиты узлов электронной аппаратуры может оказать существенное влияние на ценообразование при крупносерийном производстве. Маленькие корпуса позволяют использовать защитные приборы в печатных платах с высокой плотностью монтажа, что дополнительно снижает стоимость конечных изделий. Все это делает супрессоры от ST весьма привлекательными для разработчиков.

 

Литература

1. Protection Devices. http://www.st.com/web/en/catalog/sense_power/FM114  

2. Automotive protection devices. http://www.st.com/web/en/catalog/sense_power/FM114/CL1801  

3. Current limiters. http://www.st.com/web/en/catalog/sense_power/FM114/SC480  

4. EOS 10/1000 microsecond surge protection. http://www.st.com/web/en/catalog/sense_power/FM114/CL1460  

5. EOS 8/20 microsecond surge protection. http://www.st.com/web/en/catalog/sense_power/FM114/CL1799  

6. ESD protection. http://www.st.com/web/en/catalog/sense_power/FM114/CL1137  

7. Lightning surge protection. http://www.st.com/web/en/catalog/sense_power/FM114/CL1802  

8. EMI Filtering and Signal Conditioning. http://www.st.com/web/en/catalog/sense_power/FM139.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: analog.vesti@compel.ru

 

 

Наши информационные каналы

Рубрики:

О компании ST Microelectronics

Компания STMicroelectronics является №1 производителем электроники в Европе. Компоненты ST широко представлены в окружающих нас потребительских товарах – от iPhone до автомобилей разных марок. Лидеры индустриального рынка выбирают компоненты ST за их надежность и выдающиеся технические параметры. В компании ST работает 48 000 сотрудников в 35 странах. Производственные мощности расположены в 12 странах мира. Более 11 тысяч сотрудников заняты исследованиями и разработками – инновационное лидерство ...читать далее