如何选择ESD保护电容

作者： Digi-Key 工程师 Erik Brateng

ESD （静电放电）是指静电电荷的快速转移。当一个带有正电荷的物体与另一个带有负电荷的物体相接触时，它们就要平衡其电子。电子从一个物体冲向另一个物体的过程就是ESD。ESD可被视为电子电路及其元件的死敌。电荷向电子元件的转移很容易对元件造成损坏，从而使它们失去作用。可惜的是，大多数情况下当你发现时为时已晚。

这时就轮到ESD保护电容出马了。将ESD电容放入电路中，可吸收电路可能接触的有害ESD。

此外，还有许多方法可以保护电路免受ESD的影响，而电容是一种性价比较高的解决方案。

选择ESD保护电容时，应关注3个主要参数：

被测器件

DUT效应是指在ESD试验电路中，电容两端的有效合成电压。该电路如图1所示。

图 1.

Vx= 合成电压
Cx=DUT （被测电容）
Co= 充电电容
Vo= 源电压

该方程式表明了Vx和Cx之间的关系。如果使Vo和Co保持恒定，则Vx和Cx成反比。这表示，选择的Cx值越高，Vx越小。

以2000pF电容（Cx）的6kV（V0）ESD要求为例。同时还假定我们采用的是使用Co=150pF的AEC-Q200试验方法。DUT效应关系表明，印加6kV电压时，Cx仅显示418.6V（Vx）。以下为数学计算步骤。

Vx=（Co/Co+Cx）Vo

Vx=（150pF/150pf+2000pF）x6kV

Vx=（0.00000000015/0.00000000015+0.000000002）x6000伏

Vx=（0.00000000015/0.00000000215）x6000伏

Vx=（0.0697674418604651）x6000伏

Vx=418.6伏

击穿电压

击穿电压是一种用于量化电容的电压等级强度的方法。你可以采用以下方法来确定电容能够处理的最大持续电压：以不断增大的速率将直流电压加到电容，直到部件故障。因此，我们应该选择击穿电压大于Vx的电容。

直流偏压

在给陶瓷电容印加直流电压时，有效电容量和标称电容量可能会有所不同。直流偏压采用相针对标称值的电容量变化百分比表示。下面是计算直流偏压的方程式。

介质材料在直流偏压中起着重要作用。不同的电容类别也有一定的影响。对于I类电容，其变化相对较小，而对于II类电容，其电容量会先略微增加，然后在接近额定电容量后稳定下降。通常对于II类电容而言，直流偏压介于-10%到-70%之间。随着印加电压增加，有效电容量下降。

单独的ESD试验额定值并不是选择电容值的最佳方法。如果同时关注DUT、击穿电压和直流偏压影响，则可以防止保护电路的过度设计和设计不足的情况。

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