ESD(Electro-Static Discharge)的意思是“静电释放”,国际上习惯将用于静电防护的器材统称为ESD,中文名称为静电阻抗器。
静电在日常生活中可以说是无处不在,人的身体上和周围就带有很高的静电电压,可达几千伏甚至几万伏,平时可能体会不到,人走过化纤的地毯时所产生的静电大约是35000V,翻阅塑料说明书时所产生的静电大约为7000V,对于一些敏感仪器来讲,这个电压可能会是致命的危害。
静电既能为生活创造便利,例如静电除尘和静电复印机,同时也会给生活带来不便,例如静电对人身体和对电子产品的危害。
压敏电阻(Voltage Dependent Resistor,简称为VDR,即电压敏感电阻)是指在一定电流、电压范围内电阻值随电压而变的电阻器,或者说成“电阻值对电压敏感”的电阻器。压敏电阻器的电阻体材料是半导体,是一种具有半导体稳压管伏安特性的电阻器件,所以它是半导体电阻器的一个品种。
压敏电阻器是兼有过压保护和ESD防护的元件。
在正常电压条件下,压敏电阻相当于一只小电容器,而当电路出现过电压时,它的内阻急剧下降并迅速导通,其工作电流会增加几个数量级,从而有效地保护了电路中的其他元器件不致过压而损坏。
手机中压敏电阻的外形有点像电容,但颜色是灰褐色,从颜色来看更像电阻,手机中压敏电阻的外形如图2-57所示。
图2-57 压敏电阻外形
压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值时,流过它的电流极小,相当于一只关死的阀门;当电压超过阀值时,流过它的电流激增,相当于阀门打开。利用这一功能可以抑制电路中经常出现的异常过电压,保护电路免受过电压的损害。
电路中的压敏电阻如图2-58所示,在电路中R2106、R2107是压敏电阻,它的击穿范围是14V~50V,在正常情况下,R2106、R2107两个压敏电阻不会对电路产生影响,当有浪涌电压、浪涌电流、尖峰脉冲窜入电路的时候,如果电压超过14V,R2106、R2107两个压敏电阻动作,保护音频功率放大器免受浪涌脉冲的损害。
图2-58 电路中的压敏电阻
TVS管(Transient Voltage Suppressor)是瞬态抑制二极管的简称,是一种二极管形式的高效能保护器件,利用PN结的反向击穿原理,将静电的高压脉冲导入地,从而保护电器内部对静电敏感的元件。
当瞬时电压超过电路正常工作电压后,TVS管便发生雪崩,提供给瞬时电流一个超低电阻通路,其结果是瞬时电流通过二极管被引开,避开被保护器件,并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。
当瞬时脉冲结束以后,TVS管自动回复到高阻状态,整个回路进入正常电压。TVS管的失效模式主要是短路,但当通过的过电流太大时,也可能造成TVS管被炸裂而开路。
TVS管的工作原理如图2-59所示。
图2-59 TVS管的工作原理
TVS管有单向与双向之分,单向TVS管的特性与稳压二极管相似,双向TVS管的特性相当于两个稳压二极管反向串联。
TVS管的电路符号如图2-60所示。
图2-60 TVS管电路符号
TVS管的外形看起来与贴片二极管、晶体管完全一样,但是特性和内部结构有明显区别,使用和替换时一定要注意区分。
TVS管的外形如图2-61所示。
图2-61 TVS管外形
TVS管电路如图2-62所示。在手机电路中,TVS管一般接在电路的输入端,防止浪涌脉冲通过电路窜入到芯片的内部,浪涌脉冲由TVS管D1901进行嵌位,从而保护了手机芯片的安全。
图2-62 TVS管电路
几乎所有智能手机中都采用了ESD元件,以避免浪涌脉冲、静电脉冲对手机芯片造成的损害,ESD元件通常用在充电电路、键盘电路、SIM卡电路等接口电路中。
进水手机ESD元件损坏的较多,故障现象一般为击穿,ESD元件击穿后会对电路功能造成严重影响,在不同的电路中表现的故障不尽相同。例如在SIM卡电路中,可能会造成不识卡故障,所以在维修手机电路时,一定要注意检查电路中的ESD元件。