二极管钳位电路如何防止过压和ESD？

在谈论过压或ESD保护时，我总是会看到此电路（此电路是同时实现还是仅实现一个？）：

但是，我不知道它是如何工作的。假设我在Vpin端输入了20V。

因此，Vpin的电位高于Vdd，因此电流流过二极管。但是节点Vpin上的电压仍为20V，IC仍为20V，这如何保护内部电路？此外，如果ESD事件将Vpin击穿10,000V，它将如何保护内部电路？

最后，二极管D2是否在那里防止电压低于Vss，还是有其他目的？

我曾尝试模拟此电路，但由于某种原因它不起作用。

该电路可在某些条件下防止过压和ESD。主要假设是，与Vpin上的能源相比，Vd是“刚性”的。对于Vd = 1 A的电源+容量和容量，通常是正确的。Vpin是典型的信号源。如果Vpin是例如汽车电池，则可能无法确定D3被销毁之前的时间。。

如图所示，输入Vpin通过二极管D3连接到Vdd。要么
-输入将被钳位到一个高于Vd的二极管压降，因为源没有足够的能量来提高Vd的电压，或者
-Vd将上升到接近Vpin的状态-仅当Vpin比“ Vd”高很多时。并非通常如此，或者
-D3会被破坏，因为它会耗尽能源和能源

通常在Vpin和D2 D3结之间增加一个小电阻-例如1k至10k。

现在，Vpin必须在电阻两端下降〜= Vpin-Vd。

ESD：同一电路对ESD的工作方式相同，只是“只是”较高电压，较低能量（您希望）为能源。同样，串联输入电阻也有帮助。诸如上升时间和可用能量，甚至二极管响应时间等方面变得很重要。

您忘记了这些电压源是“理想的”。因此，如果您直接从电源输入的电压为20V，则始终为20V。

在其中放置一个串联电阻，您可以看到它的工作原理。

我使用LTspice对电路建模。

R1是某些IC引脚的输入电阻。

我进行了从-10V到10V的直流扫描，增量为1V。

如您所见，当我开始超过5.7V时，R1仅看到〜5.7V。

ESD的电压要高得多，并且只能持续很短的时间，但这应该证明它具有保护作用。

$V_{pin} > V_{dd}+0.7$$V_{pin} < -0.7$

ESD测试可以上升至+ 8kV或下降至-8kV。当发生+ 8kV放电时，电流将流过D3并试图中和。当-8kV发生时，电流将流过D2。

在实际应用中，VDD和VSS的电源距离很远。发生ESD时，尖峰会从VDD（或VSS）走线跳出并干扰其他组件。

为了最大程度地减少这种不良特性，请始终在VDD和VSS之间添加一个大容量电容；最接近D2和D3。

“当Vin> Vcc + 0.7或Vin <-0.7时，其中一个二极管将开始导通。多余的电压（任何高于5.7或低于-0.7的电压都将被传递到地或传递回电源”）来自efox29几乎可以回答您的问题。

您的图片有些误导。写入20V的Vpin节点有望永远不会达到20V。当Vpin电压开始上升（一直上升到20V）时，一旦它超过Vdd电压（5V + 0.7），D3二极管就会导通并将大部分电流发送到Vdd节点，而Vpin不会得到更高的电压。

同样，D2将钳位Vpin电压不小于Vss

Vdd电源的工作是将Vdd与地之间的电位差保持在5V。如果尝试通过将电流发送到vdd节点来使vdd大于5v，则Vdd电源将使您发送给地面的额外电流通过，从而使vdd保持在5v。如果您确实要求vin节点的电压为20v（相对于地面），则您有两个电源要求同一个节点具有不同的电压（认为它们称为“电源竞争”）。如果Vin处的20V电源足够强大，以至于它可以提供比5v vdd轨可以吸收的电流更多的电流（并且这必须是很大的电流，而D3可能会因如此多的电流而失败），那么Vdd节点将通过20V Vin电源被强制为19.3V。