Sicheren ESD-Schutz in Kfz-Steuergeräten gewährleisten

Designtipp Sicheren ESD-Schutz in Kfz-Steuergeräten gewährleisten

18.09.2007Redakteur: Kristin Rinortner

Die Anforderungen der Automobilindustrie verzeichnen einen stetigen Anstieg der ESD-Festigkeit von Bauteilen und elektronischen Modulen. Oft wird ein ESD-Schutz nach den Industriestandards

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Die Anforderungen der Automobilindustrie verzeichnen einen stetigen Anstieg der ESD-Festigkeit von Bauteilen und elektronischen Modulen. Oft wird ein ESD-Schutz nach den Industriestandards IEC61000-4-2 (Level 4) oder MIL STD 883C – Method 3015-7 (HBM class 3) gefordert. Dies bedeutet Kontaktentladung von 8 kV und Luftentladung von 15 kV. Speziell entwickelte ESD-Schutz-Arrays wie beispielsweise der ESDA19SC6 oder ESDA25SC6 entsprechen diesen Anforderungen und schützen 4 Leitungen.

Eine wichtige Voraussetzung ist dabei, dass die ESD-Schutzelemente nach AECQ100 und somit entsprechend Automotive Anforderungen qualifiziert sind.

Ein auftretender Spannungspeak lässt sich wie folgt berechnen (anhand technischer Daten der ESDA19SC6):

Klemmspannung VCL = VBR + Rd*IPP

Der ESD-Impuls wird mit der ESD-Suppressor-Diode auf die Spannung VCL begrenzt (Bild 1).

Um die verbleibende Spannung am Ausgang (an dem die zu schützende Last sitzt) zu berechnen, nehmen wir für den dynamischen Widerstand Rd an: Rg > Rd und Rload > Rd

Somit ergibt sich:

Voutput = VBR + Rd * Vg/Rg

Für die ESDA19SC6 resultiert mit Vg = 8 kV, Rg = 330 Ω (IEC61000-4-2 Standard), VBR = 19 V (typ.) und Rd = 0,80 Ω (typ.) eine Ausgangsspannung von Voutput = 38,4 V, welche die Last bei einem 8-kV-ESD-Impuls sieht.

In dieser Berechnungen wurden keine parasitäre Induktivitäten berücksichtigt. Diese könnten zu einer Spannungserhöhung von einigen 10 V für einige Nanosekunden führen.

Für einen effizienten ESD-Schutz empfiehlt sich, das Schutzelement möglichst nahe und mit kurzen Leitungen an das zu das zu schützende Bauelement bzw. am Stecker des Moduls zu platzieren. Ein sehr wirkungsvoller ESD-Schutz lässt sich auf nur ca. 2 Quadratmillimeter Leiterplattenfläche pro Pfad verwirklichen. Bild 2 zeigt ein Beschaltungsbeispiel der ESD19SC6 für 4 Leitungen.

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