Выключатель питания защищает устройство от защелкивания при воздействии ЭСР

EDN

При определенных условиях электростатические разряды (ЭСР) могут повредить цифровые схемы, вызывая их защелкивание. Например, когда схема переключается электростатическим разрядом, паразитные транзисторы, обычно являющиеся неотъемлемыми частями устройств КМОП, могут вести себя как тиристоры. После воздействия электростатического разряда тиристор создает низкоомный путь между частями КМОП устройства. Если в этот момент немедленно не отключить питание от схемы, устройство может быть повреждено. Электростатические разряды, вызванные прикосновением человека, представляют собой серьезную проблему для мобильных промышленных и медицинских устройств. Для адекватной защиты от ЭСР большинству медицинских и промышленных устройств требуется заземленный путь возврата токов электростатического разряда. Но в реальном мире мобильные устройства могут работать в условиях, где правильно заземленные розетки отсутствуют.

Для защиты дорогостоящего оборудования от повреждения защелкиванием, даже там, где ЭСР заземления нет, можно добавить схему аварийного отключения питания, показанную на Рисунке 1. В нормальных условиях ток, идущий в защищаемые от ЭСР устройства, создает небольшое падение напряжения на измерительном резисторе R₆. Делитель напряжения, образованный резисторами R₄ и R₅, определяет пороговый уровень тока, включающего светодиод оптоизолятора IC₁, и при нормальном рабочем токе светодиод выключен.

Рисунок 1.	При обнаружении всплеска тока эта схема разрывает цепь питания и обеспечивает восстановление схемы после защелкивания, вызванного электростатическим разрядом.

Выход микросхемы IC₁ управляет затвором нормально открытого MOSFET Q₁. Когда происходит защелкивание, потребление тока источника питания быстро увеличивается – на порядок или более. Большое падение напряжения, возникающее на резисторе R₆, открывает светодиод оптопары IC₁, что, в свою очередь, включает фототранзистор IC₁, и MOSFET Q₁ в течение несколько миллисекунд закрывается, прерывая подачу питания на устройства, чувствительные к электростатическим разрядам. Программа, управляющая системой, должна обеспечивать автоматическое восстановление после прерывания питания.

Взаимосвязь между пороговым током I_T и сопротивлениями резисторов R₄ и R₅ описывается следующей формулой:

где

V_LED – прямое падение напряжения на светодиоде,

V_CC > V_LED.

Значение порогового тока I_T должно быть больше или равно прямому падению напряжения на светодиоде оптоизолятора, деленному на сопротивление токоизмерительного резистора R₆. Кроме того, нестабилизированное напряжение источника питания должно превышать прямое падение на светодиоде. Резистор R₁ обеспечивает путь для тока утечки базы IC₁, а резисторы R₃ и R₂ определяют пороговое напряжение выключения на затворе MOSFET Q₁.

Прямое падение напряжение на светодиоде оптоизолятора равно 1.2 В. При показанных на Рисунке 1 номиналах компонентов схема мгновенно прерывает V_CC, если ток источника питания, индуцированный электростатическим разрядом, превышает примерно 300 мА. Общая стоимость шести резисторов, одного MOSFET и одного оптоизолятора составляет приблизительно $1 (в больших партиях).

Материалы по теме

1. Datasheet ON Semiconductor MOC211M
2. Datasheet ON Semiconductor BSS138