硬件特訓班問題解答【57問-1】

凡億PCB

2021年6月7日 09:39

1. 雙向可控硅在使用時，其觸發限流電阻的阻值和封裝應該怎么選取？

(1)首先我們在進行TRIAC其驅動電路設計的時候，我們一般不直接進行驅動，而是通過DIAC或者Photo-TRIAC即光學的雙向可控硅配合來使用進行驅動電路的設計，為什么呢？因為如果直接驅動，其Vgt>0.7V即可，而我們雙向可控硅一般都是工作大功率的場合，如果其負載是感性負載則很容易其斷開瞬間會產生非常大的感應電動勢，甚至其RC緩沖電路其會倒流回雙向可控硅的控制電路里面去，然后會很有可能產生大于0.7V的電壓出來進而導致誤觸發，所以基于此我們一般都是不直接進行驅動。我們使用DIAC和Photo-TRIAC，其導通需要壓降，其導通壓降一般都是10V以上，就算出現上述問題，我們由于其需要大于10V以上才能導通，一般反向感應電動勢其倒流回去產生的電壓值不會高于10V以上，所以就避免了誤觸發。TRIAC一般都是用來驅動諸如U馬達加熱器等等設備，比如說電飯煲，破壁機，養生壺等產品里面，所以出現該問題的幾率非常大

(2)基于上述原因我們一般的驅動電路如下:

硬件特訓班問題解答【57問-1】的圖1

(3)串聯的柵極電阻其具體的取值其實是在峰值電流限制和TRIAC觸發電流之間的一種平衡，如果取值太大則首先其優勢是對photo-TRIAC導通峰值電流進行限制但是與此同時也引出了另外一些問題，一是會產生導通角的變化，二是有可能其電流小于TRIAC的觸發電流使得其不能正常的觸發

(4)我們具體分析一個案例來說明:

硬件特訓班問題解答【57問-1】的圖2

(5)針對于上述的案例我們具體分析，首先針對于光耦隔離期間MOC3043其額定的浪涌峰值電流ITSM查數據手冊為1A，而TRIAC其最大的峰值電壓=120V，故此時我們考慮其Rmin=Vmin/Imax = 120V*1.414V/1A ≈ 170Ω，所以我們在數據手冊中看到其推薦的電阻值為180Ω

(6)那么我們為什么選擇最靠近我們的計算值，而不選更大的電阻值如1K,10K等為什么呢？其實最主要的原因其實是其在電阻通過的電流是不變的，但是電阻值越大，其電阻兩邊的功耗就越大，所以我們選擇我們要求的最小的且在E系列里面的電阻值，所以最終我們就選擇了180Ω

(7)我們緊接著繼續分析，那么該電阻的封裝怎么選，一般封裝主要是和功率相關，所以我們需要計算出該電阻值得最大功耗是多少？Pmax = Imax2*R = 1A2*180Ω = 180W，這么大，那我們豈不是要選擇軍工級的琺瑯繞線電阻等，如下圖所示，大家覺得可能嗎？顯然不可能是不是？

硬件特訓班問題解答【57問-1】的圖3

(8)那么我們該怎么辦呢？大家要考慮這么大的功耗其消耗的時間其實非常非常短暫的，一般是ns或者us然后利用功相等的求出等效電流，一般計算出來基本上在mA級，所以基本上0805/1206等就足夠了

(9)同樣我們通過上面的案例來分析驅動TRIAC其具體的電壓值為，即AC.電壓上升到多少的時候，其TRIAC可以導通，我們以AC正半周為例進行思考，其具體電壓=R*Igt + Vgt + VTM = 180Ω*50mA + 1.3V + 3V = 13V

(10)根據具體線電壓的不同，我們柵極電阻也應該作相應的調整，為什么呢？因為Rmin=Vlinemin/Imax其中Vlinemin就不同，如24V，如220V

(11)對于24V而言:Rmin=Vlinemin/Imax = 24V*1.414V/1A = 34Ω

(12)對于24V而言:Rmin=Vlinemin/Imax = 220V*1.414V/1A = 325Ω

(13)更詳細的內容可以參考老白硬件特訓班:

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2. 白老師，我們在看芯片DATASHEET的時候，里面有個描述ESD支持4KV HBM參數，這個參數要怎么來確定呢？跟我們打靜電的電壓是什么關系呢？

(1)首先大家需要明白ESD其實是屬于我們EMS這一大項里面的

(2)EMC = EMI + EMS,所以ESD是屬于我們EMC的內容

(3)所謂的ESD（Electrostatic Discharge）測試其目的是仿真操作人員或物體在接觸設備時產生的放電以及人或物體對鄰近物體之放電，以檢測被測設備抵抗靜電放電之干擾能力。

(4)人體放電模式（Human-Body Model, HBM）產生的ESD是指因人體在地上走動磨擦或其他因素在人體上已累積了靜電，當此人去碰觸到IC時，人體上的靜電便會導入到所接觸的設備中。

(5)根據工業標準 (MIL-STD-883G method 3015.7)要求，其中人體的等效電容定為100pF，人體的等效放電電阻定為1.5KΩ。

(6)IEC 61000-4-2該標準規定了我們如何進行ESD測試以及其測設類型和等級，測試類型我們主要有接觸放電和空氣放電，其具體等級如下表格所示

硬件特訓班問題解答【57問-1】的圖4

(7)IEC 61000-4-2該標準同樣也規定了具體的ESD模擬人體模型其波形，如下圖所示

硬件特訓班問題解答【57問-1】的圖5

(8)上邊描述的都是我們在EMC測試中的要求，那么跟我們IC內部其ESD等級有什么關系呢？這就涉及到了我們ESD靜電系統設計的問題，一般針對于ESD而言，其分為內部ESD保護和外部ESD保護，內部ESD保護就是我們經常在數據手冊能看到，其保護能力有限，而外部保護則是我們通過諸如TVS管等實現的靜電防護；其實單單從ESD的角度而言，整個系統我們可以把他分為兩部分，一部分是ESD環境不復雜的區域，如PCB板的中心區域的IC等，另外一部分是ESD環境比較復雜的區域，如通訊接口，如USB，百兆網，千兆網接口等

(9)內部保護其一般都是針對于人手觸摸IC其I/O然后產生ESD對于IC進行的靜電防護，其一般的模型都是2KV居多，IC其I/O口一般其內部都具有ESD防護機制在內在一定程度上是可以實現靜電防護，這個時候就不需要外部防護

(10)外部ESD防護則是我們在諸如接口，觸摸屏，按鍵，天線等因為摩擦生電所產生的靜電進行的防護，一般我們都是通過具體的防護器件去實現ESD防護，一般都是TVS管居多

(11)那么從系統的角度而言，其ESD防護的設計在靜電發生的時候，到底是內部ESD防護先啟動還是外部ESD先啟動呢？毫無疑問，我們肯定是外部防護先啟動

硬件特訓班問題解答【57問-1】的圖6

(12)另外我們經常會在IC的I/O口入口的地方串聯一個電阻，其目的是干嗎呢，其主要是還是滿足我們系統的ESD防護設計？其實就像我們在老白硬件全系列里面跟大家分享EMS防護機制類似，不同的防護器件其響應時間不同，為了讓外部防護優先響應，所以我們串聯入電阻就是類似我們EMS防護機制中的退耦元件一樣，加入電阻就可以讓外部防護優先響應

硬件特訓班問題解答【57問-1】的圖7