8kV 人体静电放电下的静电防护与 ESD 管应用解析

出处：网络整理发布于：2025-06-17 15:29:39 | 237 次阅读

在电子行业的实际工作中，静电对电子元器件的破坏是一个常见且棘手的问题。从事该行业的人员都清楚，人体是静电的携带者，其产生的静电常常会对电子造成损害，因此，在众多电路中进行静电防护是必不可少的。接下来，我们将以 8kV 人体静电放电为例，深入探讨静电防护以及 ESD 管的应用。

8kV 人体放电模型及能量计算

如图所示为一个 8kV 的人体放电模型，它主要由电阻 R1 和电容 C1 构成，其中电容 C1 存储了 8kV 的电压。根据能量计算公式Q=0.5×C×U×U，经过精确计算可知，该模型所储存的能量约为 0.008 焦耳。这看似微小的能量，在静电放电的瞬间却可能对电子元器件造成巨大的破坏。

人体放电模型对的影响

当我们将这个人体模型通过电容 C2 连接到放大器 BJT1 上时，会引发一系列严重的后果：

瞬间大电流充电：在接触的瞬间，端点 1 到地之间存在高达 8kV 的电压差。如此高的电压会瞬间对电容 C2 进行充电，充电电流会从地经过 BE 结流向 C2。由于电压极高，这个瞬间的充电电流非常大，很有可能直接将三极管烧坏。
电路开路与剩余电能：一旦三极管被烧坏，整个环路就会开路。此时，人体虽然释放了一部分携带的电能，但仍然会携带着少量电能。这部分剩余电能仍然具有潜在的危险性，可能会对其他电子元器件造成损害。
纳秒级放电与大电流：静电放电过程通常是纳秒级别的，这就意味着在极短的时间内会产生非常大的瞬间电流。这种大电流对电子元器件的冲击极大，进一步增加了元器件损坏的风险。
电感无法消除静电：在端点 1 到地之间连接电感并不能有效地消除静电。从高频电路的原理来看，这样会使环路变成 LC 谐振回路。在这个回路中，电能会在电和磁之间反复转换，直至能量耗尽。然而，在能量耗尽之前，三极管很可能就已经被击穿了。

ESD 管的应用及原理

为了有效解决上述问题，一个可行的处理办法是在端点 1 到地之间加入一个 ESD 管，让电能通过 ESD 管释放到地。

ESD 放电管的工作原理是：当加在 ESD 管两端的电压高于一定值时，ESD 管会近似于短路，将电能引导到地。在这个过程中，ESD 管的响应时间至关重要。如果响应太慢，可能在三极管被击穿后，ESD 管还未作出响应，这样的 ESD 保护电路就失去了作用。一般来说，ESD 管的响应时间最好在 1ns 左右，这样才能及时有效地保护电子元器件免受静电的损害。