AN149 - ファンドライバ用 ESD強化ソリューション

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概要

このアプリケーションノートでは、2つの異なる静電放電 (ESD) モデル、人体モデル (HBM) とシステムレベルのESD (IEC61000-4-2) を紹介します。MPSは、ESDモデル間の違いに基づいてESD機能を強化し、システムレベルのESDでファンを保護するための追加のソリューションを提供します。

はじめに

静電気は人体、機械、デバイス、さらにはIC自体にも蓄積される可能性があり、電圧は数kVまで非常に高くなり得ます。静電放電が発生すると、高電圧または大きな放電電流により、適切なESD保護なしではICの電気的過負荷 (EOS) が発生する可能性があります。

人体モデル (HBM) ESD

静電気は摩擦などで人体に蓄積され、人体がICに触れるとICのピンからアースに放電し、数百ナノ秒で数アンペアの放電電流が発生します。この放電電流によりICが損傷する場合があります。

図1: 静電放電

JESD22-A114-Bに基づいて、HBM ESDは次の図のように表すことができます。

図2: 代表的な同等のHBM ESD回路

スイッチS1がA側にある場合、実効容量 (人体等価容量) は高電圧源によって充電され、スイッチS1がB側の場合、1.5kΩ抵抗 (人体等価抵抗) を介してDUT (被試験デバイス) に高電圧が放電されます。

同等のHBM ESD回路から、HBMのピーク電流は次のようになります。

電圧 (kV) ピーク電流 (A)
±0.5 ±0.33
±1 ±0.67
±2 ±1.33
±4 ±2.67
±8 ±5.33


表1: HBM ESDのピーク放電電流

静電電圧と放電電流が大きいため、ESDザップ回路をICに内蔵し、ESDによるICの損傷を防ぎます。ESDザップ回路では、ピーク電圧がクランプされ、放電電流がザップ回路を通過します。

図3: ESDザップ回路

システムレベルのESD (IEC61000-4-2)

一部のファン製品は、IEC61000-4-2に準拠したシステムレベルのESD試験に合格する必要があります。空気放電と接触放電の2つの異なる方法があり、接触放電は、接触放電試験が利用できない場合を除いて、最初の選択肢です。レベルと試験電圧を表2に示します。

表2 ESD電圧とレベル

接触放電 空気放電
レベル 電圧 (kV) レベル 電圧 (kV)
1 ±2 1 ±2
2 ±4 2 ±4
3 ±6 3 ±8
4 ±8 4 ±15

EC61000-4-2 は同等の回路を図4のように設定します。

HBMと比較すると、放電容量は人体の実効容量よりも大きく、IECの放電抵抗ははるかに小さくなっています。したがって、システムレベルのESDのピーク放電電流はHBMのほぼ5倍です。IEC61000-4-2システムレベルのESDに合格するには、ESD機能を強化するために外部回路が必要になる場合があります。

システムレベルのESDの推奨回路

ファン製品では4線式ファンが一般的です。通常、4つの端子はVIN、GND、FG、およびPWMです。次のESD試験が必要です

  1. VINとGNDの間にESD試験を適用し、接触放電
  2. PWMとGNDの間にESD試験を適用し、接触放電
  3. FGとGNDの間にESD試験を適用し、接触放電
  4. ...


MP6517Bの代表的なアプリケーション回路 (図5) を例にとってみましょう。入力コンデンサが大きいため、VIN端子のESDのリスクはありません。ただし、FG端子とPWM端子にはそのような入力コンデンサがないため、ESDを考慮して、ESD保護用の外部回路を追加することをお勧めします。

システムレベルのESDに合格するには、2つのソリューションが推奨されます。

    1. FGおよびPWM端子にTVSを次のように追加します。TVSはFGおよびPWM端子に印加される電圧をクランプし、FG / RDピンおよびPWMピンがESDによって損傷するのを防ぎます。各端末には、SOD-123パッケージの13V TVSをお勧めします。
    2. 図6 TVSを使用したESDソリューション

    3. さらに、抵抗付きのツェナーダイオードも使用できる場合は、次の図7のように使用できます。各端子には15Vツェナーダイオードと0603抵抗を推奨します。

    図7 ツェナーダイオードと抵抗を使用したESDソリューション

    試験結果を表3に示します。

    表3 さまざまなソリューションにおける結果

      製品型番 パッケージ 試験結果
    TVSを用いたソリューション SMF13A SOD123-FL 8kV以上

    ツェナー + 抵抗を用いた
    ソリューション

    MM5Z15VT1G SOD523 8kV以上
    BZT52C15 SOD123 6kV

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