ESD보호장치의 이해

정전기 방전(ESD - Electrostatic Discharge)은 접촉 시 한 충전된 물체에서 다른 물체로 전하가 갑자기 방출되는 것을 말합니다. 많은 사람들이 금속 문 손잡이나 자동차 문에 충격을 받을 때 ESD의 감각을 경험했지만 이러한 현상은 일반적으로 인간에게 최소한의 위험을 초래합니다. 그러나 섬세한 집적 회로(IC)의 경우 ESD와 관련된 상당한 피크 전압 및 전류로 인해 심각한 고장이 발생할 수 있습니다.

 

 

 

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시스템 내에 ESD 보호 기능이 없는 경우 인터페이스 연결을 통한 고전압 ESD 스트라이크로 인해 상당한 전류가 IC로 직접 흐르는 서지가 발생하여 손상이 발생할 수 있습니다. 전기적 과부하로 인한 고장으로부터 취약한 회로를 보호하기 위해 ESD 보호 다이오드는 인터페이스 커넥터와 IC 사이의 각 신호 라인에 설치됩니다.

 

ESD 스트라이크가 발생할 경우 이러한 ESD 다이오드는 신속하게 분해되어 전류 흐름을 접지로 리디렉션하여 피크 전압과 전류를 효과적으로 제한하는 낮은 임피던스 경로를 설정합니다. 이러한 방식으로 IC는 차폐되고 잠재적인 위험으로부터 보호됩니다.

 

 

 

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1. ESD 표준

ESD 표준은 ESD 보호 조치의 적절한 설계 및 구현을 보장하기 위해 업계 조직에서 설정한 지침입니다. 이러한 표준은 최대 허용 ESD 레벨에 대한 기준을 설정하고 ESD 보호 회로 설계를 위한 권장 사항을 제공합니다. 알려진 ESD 표준으로는 IEC(International Electrotechnical Commission) 61000-4-2, JEDEC JESD22-A114 및 ANSI/ESD S20.20이 있습니다.

 

 

 

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2. TVS 다이오드

 

 

과도 전압 억제(TVS) 다이오드는 ESD 이벤트 중에 민감한 부품에서 과도한 전압을 전환하도록 설계되었습니다. 이 제품은 전압을 안전한 수준으로 클램핑하고 과도한 에너지를 흡수하여 강력한 보호 기능을 제공합니다. TVS 다이오드는 일반적으로 빠르게 작동하며 클램핑 전압이 낮습니다.

 

TVS 다이오드는 큰 서지 전류를 처리 할 수 있으며 다양한 전자 장치에 널리 사용됩니다. TVS에는 2가지 유형의 방향 구성이 있습니다. 하나는 단방향 유형이고 다른 하나는 양방향 유형입니다. 신호가 양수일 때 단방향 유형을 사용하고 양수 신호와 음수 신호가 모두 적용되는 경우 양방향 유형을 사용합니다. 

 

 

 

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3. ESD 다이오드

ESD 억제 다이오드 또는 ESD 보호 다이오드라고도 하는 ESD 다이오드는 ESD 이벤트로부터 집적 회로(IC)를 보호하도록 특별히 설계되었습니다. 이 다이오드는 동적 저항이 낮고 정전 용량이 낮기 때문에 신호 무결성에 영향을 주지 않고 ESD 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있습니다. ESD 다이오드는 마이크로 컨트롤러, 메모리 칩 및 통신 인터페이스와 같은 민감한 IC를 보호하기 위해 전자 장치에 일반적으로 사용됩니다.

 

 

 

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4. 스티어링 다이오드

스티어링 다이오드 어레이 또는 스티어링 다이오드 네트워크라고도 하는 스티어링 다이오드는 전압 및 신호 라우팅 애플리케이션용 회로에 사용되는 전자 부품입니다. 이 제품은 일반적으로 ESD 및 과도 전압 이벤트에 대한 보호가 필요한 응용 분야에 사용됩니다. 일반적으로 쇼트키 다이오드는 표준 PN 접합 다이오드 순방향 전압 강하 0.7V에 비해 약 0.3V의 순방향 전압 강하가 낮기 때문에 스티어링 다이오드로 사용됩니다.

 

 

스티어링 다이오드는 ESD 에너지를 전압 레일로 덤프합니다. 

• ESD 에너지가 낮습니다.
• ESD 이벤트가 짧습니다.
• 전압 레일에는 약간의 커패시턴스가 있습니다(디커플링 캡과 PSU 출력 커패시터가 중요합니다!).
• 전압 레일에 연결된 회로는 "비트"의 전력을 소비합니다. 즉, 10uA만 소비하는 초저전력 설계 회로가 아닙니다.

추가 보호를 위해 TVS 다이오드를 전압 레일에 추가하여 스티어링 다이오드와 함께 전압이 상승하기 시작하면 전압을 클램핑할 수 있습니다.

 

 

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5. ESD 보호 회로의 예

일반적인 ESD 보호 회로는 보호 부품 또는 회로와 병렬로 배치된 TVS/ESD 다이오드로 구성됩니다. ESD 이벤트 동안 TVS/ESD 다이오드는 접지에 대한 저임피던스 경로를 제공하므로 전압을 빠르게 클램핑하여 보호 부품에서 초과 에너지를 전환합니다. TVS 다이오드는 특정 애플리케이션에 필요한 최대 클램핑 전압 및 피크 펄스 전류를 기준으로 선택해야 합니다.