CN109149540A - 一种esd保护电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种ESD保护电路及电子设备，所述电路包括：输入端、接地端、ESD保护器件、次级保护电路以及输出端，其中，所述输入端，用于当发生ESD事件时，接收ESD电流信号；所述ESD保护器件，分别与所述输入端和所述接地端连接，用于给所述ESD电流信号提供放电通路，将所述ESD电流信号从所述输入端导至所述接地端；所述次级保护电路，与所述ESD保护器件并联，用于抑制所述ESD电流信号；所述输出端，与所述次级保护电路连接，用于与被保护电路连接。如此，通过ESD保护器件和次级保护电路，能够对被保护电路进行ESD防护，降低ESD对电路中电子元器件的影响。

Description

一种ESD保护电路及电子设备

技术领域

本发明实施例涉及电子产品领域，尤其涉及一种ESD保护电路及电子设备。

背景技术

随着互联网技术和智能家居的不断发展，智能音箱、可穿戴设备、无线耳机等电子设备已经成为人们日常生活中的必需品，让人们能够享受到科技发展带来的便利。

在实际应用中，静电在日常生活中无处不在，例如，人体在地上走动磨擦、人身上的衣物相互摩擦、人体与带静电荷的物体接触、人体处于静电场中感应起电等情况下会在人体上累积静电，当此人触碰电子设备时，会发生静电放电(Electro-Static discharge，ESD)过程，在短到几百微秒的时间内，形成高电压、强电场、宽频的达到数安培的瞬时放电电流信号。该电流信号会对电子设备的PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)上的电子元器件进行干扰，甚至会给电子元器件带来破坏性的后果，使得电子元器件失灵或者误动作，导致电子设备无法正常工作，例如，静电放电会导致无线耳机产品出现蓝牙断连、播放音乐停止、音频输出无声、耳机发热等问题。

因此，亟需解决ESD对电路的电子元器件造成干扰甚至是损伤的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种ESD保护电路及电子设备，主要目的在于通过ESD保护器件和次级保护电路，实现对被保护电路进行ESD防护，能够避免ESD对电路中电子元器件造成干扰、损坏等影响。

为达到上述目的，本发明实施例主要提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种ESD保护电路，所述电路包括：输入端、接地端、ESD保护器件、次级保护电路以及输出端，其中，所述输入端，用于当发生ESD事件时，接收ESD电流信号；所述ESD保护器件，分别与所述输入端和所述接地端连接，用于给所述ESD电流信号提供放电通路，将所述ESD电流信号从所述输入端导至所述接地端；所述次级保护电路，与所述ESD保护器件并联，用于抑制所述ESD电流信号；所述输出端，与所述次级保护电路连接，用于与被保护电路连接。

在本发明实施例中，所述次级保护电路包括：阻抗元件和电容器，其中，所述阻抗元件包括：第一阻抗元件和第二阻抗元件，其中，所述第一阻抗元件的第一端与所述输入端连接，所述第一阻抗元件的第二端与所述电容器的第一端连接；所述第二阻抗元件的第一端与所述接地端连接，所述第二阻抗元件的第二端与所述电容器的第二端连接；所述输出端由所述电容器的第一端和所述电容器的第二端形成。

在本发明实施例中，所述电容器的第一端用于与所述被保护电路的电源端连接，所述电容器的第二端用于与所述被保护电路的接地端连接。

在本发明实施例中，所述阻抗元件为磁珠、电感和电阻中的一种或多种组合。

在本发明实施例中，当所述阻抗元件为磁珠时，所述磁珠的阻抗值大于或者等于120Ω。

在本发明实施例中，所述电容器的电容值大于或者等于1μF。

在本发明实施例中，所述ESD保护器件为ESD保护二极管、瞬态电压抑制二极管、压敏电阻和气体放电管中的一种。

第二方面，本发明实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括：壳体、印制电路板PCB、***电路和上述ESD保护电路，其中，所述壳体开设有第一开口和第二开口，所述第一开口的设置位置与所述输入端的设置位置对应，所述第二开口的设置位置与所述接地端的设置位置对应；所述PCB设置于所述壳体内，所述PCB上设置有所述***电路和所述ESD保护电路；所述***电路与所述ESD保护电路的输出端连接。

在本发明实施例中，所述输入端和所述接地端分别由金属接触件形成，所述金属接触件的一端设置于所述PCB上，所述金属接触件的另一端用于与外部电源的输出端接触连接。

在本发明实施例中，所述电子设备为无线耳机，所述金属接触件的另一端到所述壳体的外表面的距离为2毫米。

本发明实施例提供的ESD保护电路及电子设备，该ESD保护电路包括输入端、接地端、ESD保护器件、次级保护电路以及输出端，其中，输入端，用于当发生ESD事件时，接收ESD生成的电流信号；ESD保护器件，分别与输入端和接地端连接，用于给ESD电流信号提供放电通路，将ESD电流信号从输入端导至接地端；次级保护电路，与ESD保护器件并联，用于抑制ESD电流信号；输出端，与次级保护电路连接，用于与被保护电路连接。这样，通过ESD保护器件和次级保护电路来实现对被保护电路进行ESD保护，一方面，ESD保护器件导通时，能够提供由输入端至接地端的ESD电流信号的放电通路，实现将放到输入端的ESD电流信号中一部分放到接地端，另一方面，通过次级保护电路对ESD电流信号中另一部分进行抑制，避免ESD电流信号进入后面的被保护电路。从而，实现了双重ESD防护，提高了被保护电路的ESD防护能力，能够在发生静电放电事件时，避免静电放电电流进入被保护电路中，防止静电放电电流对被保护电路中的电子元器件和芯片的造成干扰和损坏。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例中的ESD保护电路的一种结构示意图；

图2为本发明实施例中的ESD保护电路的另一种结构示意图；

图3为本发明实施例中的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供一种ESD保护电路，该ESD保护电路可以用于各种需要对电子元器件或者电路进行ESD防护的场合中，具体来说，该ESD保护电路可以设置在电子设备中，用于保护该电子设备的***电路、核心电路等。

在实际应用中，该电子设备可以以各种形式来实施。例如，本发明实施例中描述的电子设备可以包括诸如智能音箱、智能机顶盒等智能家居设备，也可以包括诸如无线耳机、智能手机、平板电脑、智能手表、智能手环等随身设备等。当然，还可以为其它类型的需要提高ESD防护性能的电子设备，如笔记本电脑等。这里，本发明实施例对电子设备的具体实现形式不做具体限定。

图1为本发明实施例中的ESD保护电路的一种结构示意图，参见图1所示，该ESD保护电路10可以包括：输入端11、接地端12、ESD保护器件13、次级保护电路14以及输出端15；

其中，输入端11，用于当发生ESD事件时，接收ESD电流信号；ESD保护器件13，分别与输入端11和接地端12连接，用于给ESD电流信号提供放电通路，将ESD电流信号从输入端11导至接地端12；次级保护电路14，与ESD保护器件13并联，用于抑制ESD电流信号；输出端15，与次级保护电路14连接，用于与被保护电路16连接。

这里，被保护电路是指需要进行ESD防护的电路或者需要进行ESD防护的电子元器件所在的电路，可以包括一个或多个需要进行ESD防护的电子元器件。在实际应用中，当将该ESD电路设置于电子设备中时，该被保护电路可以是该电子设备的***电路、核心电路等内部电路。当将该ESD电路设置于电路板上时，该被保护电路可以为该电路板上的其它电路，例如功能电路等。

在实际应用中，ESD保护器件可以为ESD保护二极管，如ESD5E150TA，也可以为瞬态电压抑制(TVS，Transient Voltage Suppressor)二极管，如双向TVS二极管，还可以为诸如玻璃气体放电管(也可以简称为SPG)、陶瓷气体放电管(也可以简称为GDT)、半导体固体放电管(TSS，Thyristor Surge Suppressors)等放电管，当然，还可以为其它类型的电路保护器件，例如，压敏电阻(MOV，Metal Oxide Varistor)、自恢复保险丝(PPTC，PolymerPositive Temperature Coefficient)等，或者，还可以为上述多种保护器件的组合。在具体实施过程中，可由本领域技术人员根据实际需求来自行设定，这里，本发明实施例对ESD保护器件的类型不做具体限定。

下面以将该ESD保护电路用于保护被保护电路为例，对本发明实施例中的ESD保护电路的工作过程进行说明。

具体来说，假设带有静电的人体与该电子设备相接触，发生了ESD事件，在短到几百微秒的时间内，会在电子设备上形成高电压、强电场、宽频的达到数安培的瞬时大电流，即ESD电流信号，此时，ESD保护电路中的输入端就会接收到ESD电流信号。

接下来，在输入端接收到ESD电流信号后，ESD电流信号就会在ESD保护电路中流动。在ESD保护电路中，由于次级保护电路与ESD保护器件是并联的，都是接在ESD保护电路的输入端与接地端之间的，那么，ESD保护电路中的ESD电流信号会分叉，这样，ESD电流信号中的一部分会分流至ESD保护器件所在的支路(输入端—>ESD保护器件—>输出端)，ESD电流信号中的另一部分会分流至次级保护电路所在的支路(输入端—>次级保护电路—>输出端)。从而，通过这两个支路就可以保护后面的电路，使得后面的电路中的电子元器件不会受到ESD电流信号的冲击。

接下来，由于ESD电流信号是一个瞬时大电流，在该ESD电流信号的作用下，该ESD保护器件会导通。那么，当ESD保护器件导通时，ESD保护器件所在的支路就会形成放电通路，通过该放电通路，ESD电流信号中的大部分就可以从输入端经过ESD保护器件流至接地端，这样，实现了将放到输入端的ESD电流信号导至接地端，可以避免该ESD电流信号的一部分进入被保护电路，从而起到保护后面的电路的作用，使得后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。

最后，由于次级保护电路能够抑制ESD电流信号，这样，在该ESD保护器件处于未导通状态或者该ESD保护器件处于导通状态时，分流至次级保护电路的ESD电流信号中的另一部分电流信号，会被次级保护电路抑制衰减，这样，实现了抑制ESD电流信号，可以进一步避免该ESD电流信号中的另一部分进入被保护电路，从而进一步起到保护后面的电路的作用。

由上述内容可知，本发明实施例所提供的ESD保护电路，包括：输入端、接地端、ESD保护器件、次级保护电路以及输出端，其中，输入端，用于当发生ESD事件时，接收ESD生成的电流信号；ESD保护器件，分别与输入端和接地端连接，用于给ESD电流信号提供放电通路，将ESD电流信号从输入端输出至接地端；次级保护电路，与ESD保护器件并联，用于抑制ESD电流信号；输出端，与次级保护电路连接，用于与被保护电路连接。这样，通过ESD保护器件和次级保护电路来实现ESD保护，一方面，ESD保护器件导通时，能够提供由输入端至接地端的ESD电流信号的放电通路，实现将放到输入端的ESD电流信号中一部分放到接地端，另一方面，通过次级保护电路对ESD电流信号中另一部分进行抑制，避免ESD电流信号进入后面的被保护电路。从而，实现了双重ESD防护，提高了被保护电路的ESD防护能力，能够在发生静电放电事件时，避免静电放电电流进入被保护电路中，防止静电放电电流对被保护电路中的电子元器件和芯片的造成干扰和损坏。

基于前述实施例，本发明实施例还提供另一种ESD保护电路，图2为本发明实施例中的ESD保护电路的另一种结构示意图，参见图2所示，该次级保护电路14可以包括：阻抗元件和电容器142；

其中，阻抗元件可以包括：第一阻抗元件141a和第二阻抗元件141b，其中，第一阻抗元件141a的第一端与输入端11连接，第一阻抗元件141a的第二端与电容器142的第一端连接；第二阻抗元件141b的第一端与接地端12连接，第二阻抗元件141b的第二端与电容器142的第二端连接；输出端15由电容器142的第一端和电容器142的第二端形成。

这里，第一阻抗元件和第二阻抗元件能够提供阻抗，消耗ESD电流信号，用于减少ESD电流信号；电容器能够存储ESD电流信号的能量，并减小ESD放电峰值电压。

在具体实施过程中，上述阻抗元件可以为磁珠，也可以为电感，当然，还可以为其它能够提供阻抗的电子元件(如电阻等)或上述电子元件的组合(如电感和电阻的组合、多个磁珠的组合、多个电感的组合等)。可由本领域技术人员根据实际情况自行设定，这里，本发明实施例不做具体限定。

在实际应用中，当阻抗元件由磁珠来实现时，第一阻抗元件可以由一个或多个磁珠来实现，同理，第二阻抗元件可以由一个或多个磁珠来实现。示例性地，当阻抗元件由磁珠来实现时，第一阻抗元件和第二阻抗元件均可以由一个磁珠来实现，或者，第一阻抗元件可以由一个磁珠来实现，第二阻抗元件可以由两个磁珠串联来实现。

在实际应用中，为了达到更好地ESD防护效果，当第一阻抗元件和第二阻抗元件均由一个磁珠来实现时，可以选择阻抗值大于或者等于120Ω的磁珠。

示例性地，当ESD保护电路中的输入端还用于与外部电源的正极端连接，ESD保护电路中的接地端还用于与外部电源的负极端连接时，为了在ESD情况下，能够实现ESD防护，并在正常工作时(例如，外部电源给被保护电路进行供电)，能够避免减小进入被保护电路的正常电流的电流值，上述阻抗元件可以选择使用磁珠。

在实际应用中，为了达到更好地ESD防护效果，电容器的电容值大于或者等于1μF(微法)。

在本发明另一实施例中，为了更好地对被保护电路进行ESD保护，仍然参见图2所示，电容器142的第一端用于与被保护电路的电源端16a连接，电容器142的第二端用于与被保护电路的接地端16b连接。

下面仍然参见图2所示，以次级保护电路14包括第一阻抗元件141a、第二阻抗元件141b和电容器142，第一阻抗元件141a和第二阻抗元件141b均为磁珠为例，对上述ESD保护电路的工作过程进行说明。

具体来说，当发生ESD事件时，输入端11会接收到ESD电流信号，然后，ESD电流信号就会在ESD保护电路中流动。在ESD保护电路中，由于次级保护电路14与ESD保护器件13是并联的，都是接在ESD保护电路的输入端11与接地端12之间的，那么，ESD保护电路中的ESD电流信号i会分叉，形成ESD电流信号i1和ESD电流信号i2。

接下来，主要通过以下三条电流路径放掉输入端接收到的ESD电流信号，来实现对被保护电路进行ESD防护。

其中，电流路径A为：输入端11—>ESD保护器件13—>输出端12；电流路径B为：输入端11—>ESD保护器件13—>第二阻抗元件141b—>被保护电路的接地端16b；电流路径C为：输入端11—>第一阻抗元件141a—>电容器142—>被保护电路的接地端16b。

第一，ESD电流信号i1会流至ESD保护器件13所在的支路(电流路径A和电流路径B)，这里，由于ESD电流信号是一个瞬时大电流，在该ESD电流信号的作用下，该ESD保护器件13会导通，ESD保护器件13所在的支路就会形成放电通路，这样，通过ESD保护器件13导通时为ESD电流信号i1提供的放电通路，能够放掉静电，可以避免ESD电流信号i1进入到被保护电路中。

具体来说，ESD电流信号i1流过ESD保护器件13后会分叉，形成ESD电流信号i11和ESD电流信号i12，ESD电流信号i11通过电流路径A流至输出端12，ESD电流信号i12流至第二阻抗元件141b，这里，由于ESD电流信号i12的能量会有很大部分分布在高频(30～200MHz)，而第二阻抗元件141b为磁珠，可以在高频提供比较高的阻抗，能够吸收ESD电流信号i12中的高频信号，以减小ESD电流信号，然后，残留的ESD电流信号i12中的低频信号会流至被保护电路的接地端16b。这样，可以避免该ESD电流信号的一部分进入被保护电路，从而起到保护后面的电路的作用，使得后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。

第二，ESD电流信号i2会流至第一阻抗元件141a所在的支路(电流路径C)，同理，这里，由于ESD电流信号i2的能量会有很大部分分布在高频(30～200MHz)，而第一阻抗元件141a为磁珠，可以在高频提供比较高的阻抗，能够吸收ESD电流信号i2中的高频信号，以减小ESD电流信号，然后，残留的ESD电流信号i2中的低频信号会流至电容器142，电容器142进一步会将该ESD电流信号i2的能量存储起来，并能够减小ESD峰值电压。这样，可以避免该ESD电流信号的另一部分进入被保护电路，从而起到保护后面的电路的作用，使得后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。

由上述内容可知，本发明实施例所提供的ESD保护电路，通过ESD保护器件、第一阻抗元件、电容器和第二阻抗元件的作用，实现了将输入端上接收的ESD电流信号导至接地端，并抑制ESD电流信号，可以避免该ESD电流信号进入被保护电路，从而，起到保护后面的电路的作用。

基于同一发明构思，作为对上述ESD保护电路的应用，本发明实施例还提供一种电子设备，该电子设备中设置有上述一个或多个实施例中的ESD保护电路，以实现保护电子设备的内部电路，如***电路，提高电子设备的ESD防护能力。为便于阅读，本发明电子设备实施例不再对前述ESD保护电路实施例中的细节内容进行逐一赘述，但应当明确，本实施例中的电子设备能够对应实现前述实施例中的全部内容。对于本发明电子设备实施例中未披露的技术细节，请参照本发明ESD保护电路实施例的描述而理解。

图3为本发明实施例中的电子设备的结构示意图，参见图3所示，该电子设备可以包括：壳体31、印制电路板PCB、***电路和如上述一个或多个实施例中的ESD保护电路；其中，壳体31开设有第一开口32和第二开口33，第一开口32的设置位置与输入端11的设置位置对应，第二开口33的设置位置与接地端12的设置位置对应；上述PCB设置于壳体31内，上述PCB上设置有***电路和ESD保护电路；***电路与ESD保护电路的输出端连接。

这里，ESD保护电路是用于对电子设备的***电路进行ESD保护。

具体来说，在带有静电的人体与电子设备接触时，会发生ESD事件，形成瞬时ESD电流信号，该ESD电流信号会通过第一开口处设置的输入端进入到电子设备内部，通过ESD保护电路对电子设备的***电路进行ESD防护，避免静电放电对电子设备的电子元器件造成干扰或损坏。

在实际应用中，上述第一开口和第二开口可以为电子设备的充电口。

在本发明其它实施例中，上述输入端和接地端可以采用但不局限以下方式来实现。具体来说，输入端和接地端分别由金属接触件形成，金属接触件的一端设置于PCB上，金属接触件的另一端用于与外部电源的输出端接触连接。

这里，上述金属接触件是由诸如铜、铝、银等导电金属材料制成的。

示例性地，形成输入端的金属接触件与外部电源的正极输出端接触连接，形成接地端的金属接触件与外部电源的负极输出端接触连接。这样，就可以通过外部电源给电子设备供电，例如，给电子设备的***电路中的电池充电。

在实际应用中，上述金属接触件可以为弹片，也可以为“Z”形金属片和金属柱组成的接触件，当然，还可以为其它形式的能够导电的接触件。对应地，上述外部电源的输出端可以由弹簧式顶针，如Pogo Pin来实现。

在实际应用中，该电子设备可以以各种形式来实施。例如，本发明实施例中描述的电子设备可以包括诸如智能音箱、智能机顶盒等智能家居设备，也可以包括诸如无线耳机、智能手机、平板电脑、智能手表、智能手环等随身设备等。当然，还可以为其它类型的需要提高ESD防护性能的电子设备，如笔记本电脑等。这里，本发明实施例对电子设备的具体实现形式不做具体限定。

在本发明另一实施例中，当上述电子设备由无线耳机实现时，为了进一步提高电子设备的ESD防护能力，金属接触件的另一端到壳体外表面的距离为2毫米。

这样，由于金属接触件的另一端到壳体外表面的距离为2毫米，而第一开口和第二开口形成无线耳机的充电口，会使得在充电口内的金属接触件的接触端与壳体出现2毫米的内凹，那么，在发生ESD事件时，与未做内凹相比，能够延长放电路径，使得ESD电流信号的能量被减弱。从而，就能够进一步地避免无线耳机被用户人体接触而带来ESD破坏。

此外，虽然充电口存在由于充电接触可以是弹片顶针接触，在充电口的内凹并不会影响充电功能。

由上述内容可知，在本发明实施例中，将ESD保护电路应用到电子设备中，将ESD保护电路的输出端与电子设备的***电路连接，这样，通过ESD保护电路，能够在发生ESD事件时，对电子设备的***电路等内部电路进行ESD防护，从而，提高了电子设备中电路的抗ESD能力，使得电子设备具有较好地静电防护效果。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于对本发明作任何形式上的限制。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种静电放电ESD保护电路，其特征在于，所述电路包括：输入端、接地端、ESD保护器件、次级保护电路以及输出端，其中，

所述输入端，用于当发生ESD事件时，接收ESD电流信号；

所述ESD保护器件，分别与所述输入端和所述接地端连接，用于给所述ESD电流信号提供放电通路，将所述ESD电流信号从所述输入端导至所述接地端；

所述次级保护电路，与所述ESD保护器件并联，用于抑制所述ESD电流信号；

所述输出端，与所述次级保护电路连接，用于与被保护电路连接。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述次级保护电路包括：阻抗元件和电容器，其中，

所述阻抗元件包括：第一阻抗元件和第二阻抗元件，其中，所述第一阻抗元件的第一端与所述输入端连接，所述第一阻抗元件的第二端与所述电容器的第一端连接；所述第二阻抗元件的第一端与所述接地端连接，所述第二阻抗元件的第二端与所述电容器的第二端连接；

所述输出端由所述电容器的第一端和所述电容器的第二端形成。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电容器的第一端用于与所述被保护电路的电源端连接，所述电容器的第二端用于与所述被保护电路的接地端连接。

4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述阻抗元件为磁珠、电感和电阻中的一种或多种组合。

5.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，当所述阻抗元件为磁珠时，所述磁珠的阻抗值大于或者等于120Ω。

6.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电容器的电容值大于或者等于1μF。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述ESD保护器件为ESD保护二极管、瞬态电压抑制二极管、压敏电阻和气体放电管中的一种。

8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：壳体、印制电路板PCB、***电路和如权利要求1至7任一项所述的ESD保护电路，其中，

所述壳体开设有第一开口和第二开口，所述第一开口的设置位置与所述输入端的设置位置对应，所述第二开口的设置位置与所述接地端的设置位置对应；

所述PCB设置于所述壳体内，所述PCB上设置有所述***电路和所述ESD保护电路；

所述***电路与所述ESD保护电路的输出端连接。

9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述输入端和所述接地端分别由金属接触件形成，所述金属接触件的一端设置于所述PCB上，所述金属接触件的另一端用于与外部电源的输出端接触连接。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为无线耳机，所述金属接触件的另一端到所述壳体的外表面的距离为2毫米。