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ESD器件防護(hù)原理,性能參數(shù)介紹
  • 發(fā)布時(shí)間:2022-12-30 17:10:45
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ESD器件防護(hù)原理,性能參數(shù)介紹
ESD器件的主要性能參數(shù)
1、最大工作電壓(Max Working Voltage)
允許長期連續(xù)施加在ESD保護(hù)器件兩端的電壓(有效值),在此工作狀態(tài)下ESD器件不導(dǎo)通,保持高阻狀態(tài),反向漏電流很小。
2、擊穿電壓(Breakdown Voltage)
ESD器件開始動(dòng)作(導(dǎo)通)的電壓。一般地,TVS管動(dòng)作電壓比壓敏電阻低。
3、鉗位電壓(Clamping Voltage)
ESD器件流過峰值電流時(shí),其兩端呈現(xiàn)的電壓,超過此電壓,可能造成ESD永久性損傷。
4、漏電流(Leakage Current)
在指定的直流電壓(一般指不超過最大工作電壓)的作用下,流過ESD器件的電流。一般地,TVS管的反向漏電流是nA級(jí),壓敏電阻漏電流是μA級(jí),此電流越小,對(duì)保護(hù)電路影響越小。
5、電容(Capacitance)
在給定電壓、頻率條件下測(cè)得的值,此值越小,對(duì)保護(hù)電路的信號(hào)傳輸影響越小。比如硅半導(dǎo)體TVS管的結(jié)電容(pF級(jí)),壓敏電阻的寄生電容(nF級(jí))
6、響應(yīng)時(shí)間(Response Time)
指ESD器件對(duì)輸入的大電壓鉗制到預(yù)定電壓的時(shí)間。一般地,TVS管的響應(yīng)時(shí)間是ns級(jí),壓敏電阻是μs級(jí),此時(shí)間越小,更能有效的保護(hù)電路中元器件。
7、壽命(ESD Pulse Withstanding)
TVS技術(shù)利用的是半導(dǎo)體的鉗位原理,在經(jīng)受瞬時(shí)高壓時(shí),會(huì)立即將能量釋放出去,基本上沒有壽命限制;而壓敏電阻采用的是物理吸收原理,因此每經(jīng)過一次ESD事件,材料就會(huì)受到一定的物理損傷,形成無法恢復(fù)的漏電通道,會(huì)隨著使用次數(shù)的增多性能下降,存在壽命限制。
TVS管(硅半導(dǎo)體)
瞬態(tài)抑制二極管(Transient Voltage Suppressor)簡稱TVS,是一種二極管形式的高效能保護(hù)器件,利用P-N結(jié)的反向擊穿工作原理,將靜電的高壓脈沖導(dǎo)入地,從而保護(hù)了電器內(nèi)部對(duì)靜電敏感的元件。
以TVS二極管為例:當(dāng)瞬時(shí)電壓超過電路正常工作電壓后,TVS二極管便發(fā)生雪崩,提供給瞬時(shí)電流一個(gè)超低電阻通路,其結(jié)果是瞬時(shí)電流通過二極管被引開,避開被保護(hù)器件,并且在電壓恢復(fù)正常值之前使被保護(hù)回路一直保持截止電壓。
當(dāng)瞬時(shí)脈沖結(jié)束以后,TVS二極管自動(dòng)回復(fù)高阻狀態(tài),整個(gè)回路進(jìn)入正常電壓。TVS管的失效模式主要是短路,但當(dāng)通過的過電流太大時(shí),也可能造成TVS管被炸裂而開路。
TVS管有單向和雙向兩種,單向TVS管的特性與穩(wěn)壓二極管相似,雙向TVS管的特性相當(dāng)于兩個(gè)穩(wěn)壓二極管反向串聯(lián),其I-V曲線特性圖見圖1,圖中性能參數(shù)注解:
①反向斷態(tài)電壓(截止電壓) VRWM與反向漏電流IR:反向斷態(tài)電壓(截止電壓)VRWM表示TVS管不導(dǎo)通的最高電壓,在這個(gè)電壓下只有很小的反向漏電流IR。
②擊穿電壓VBR:TVS管通過規(guī)定的測(cè)試電流IT時(shí)的電壓,這是表示TVS管導(dǎo)通的標(biāo)志電壓。
③脈沖峰值電流IPP:TVS管允許通過的10/1000μs波的最大峰值電流(8/20μs波的峰值電流約為其5倍左右,8/20μs是定義IPP脈沖波電流,請(qǐng)參考下圖2),超過這個(gè)電流值就可能造成永久性損壞。在同一個(gè)系列中,擊穿電壓越高的管子允許通過的峰值電流越小。
④最大箝位電壓VC:TVS管流過脈沖峰值電流IPP時(shí)兩端所呈現(xiàn)的電壓。
⑤正向?qū)妷篤F:TVS通過正向?qū)娏鱅F的壓降。
除上述性能參數(shù)外,TVS管還有一個(gè)關(guān)鍵參數(shù):P-N結(jié)電容Cj。
ESD器件 防護(hù)
ESD器件 防護(hù)
壓敏電阻(MLV/MOV)
多層壓敏電阻(MLV)及金屬氧化物壓敏電阻(MOV)利用ZnO等壓敏陶瓷材料的壓敏特性,實(shí)現(xiàn)了對(duì)靜電的防護(hù),壓敏電阻器的電阻體材料是半導(dǎo)體,當(dāng)施加于壓敏電阻器兩端電壓小于其壓敏電壓,壓敏電阻器相當(dāng)于10MΩ以上絕緣電阻;
當(dāng)在壓敏電阻器兩端施加大于壓敏電壓的過電壓時(shí),壓敏電阻器的電阻急劇下降呈現(xiàn)低阻態(tài),從而把電荷快速導(dǎo)走,有效地保護(hù)了電路中的其它元器件不致過壓而損壞。壓敏電阻采用的是物理吸收原理,因此每經(jīng)過一次ESD事件,材料就會(huì)受到一定的物理損傷,形成無法恢復(fù)的漏電通道,會(huì)隨著使用次數(shù)的增多性能下降,存在壽命限制問題。
壓敏電阻支持雙向保護(hù),它的伏安特性是完全對(duì)稱的,見圖5,VW:正常工作電壓(Working Voltage)。IL:最大Vw工作條件下的漏電電流(Leakage Current)。壓敏電阻的失效模式主要是短路,但當(dāng)通過的過電流太大時(shí),也可能造成閥片被炸裂而開路。
ESD器件 防護(hù)
TVS管和壓敏電阻應(yīng)用
通過對(duì)TVS管和壓敏電阻的性能對(duì)比,根據(jù)各自的優(yōu)點(diǎn),適合應(yīng)用場(chǎng)合列下:
1、與壓敏電阻比較,TVS管具有響應(yīng)時(shí)間快、鉗位電壓偏差小、結(jié)電容小、反向漏電流小和無壽命限制等優(yōu)點(diǎn),因而較適合于信號(hào)質(zhì)量要求高、線漏電要求小等接口的ESD防護(hù),比如高速數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸線、時(shí)鐘線等。
2、與TVS管比較,壓敏電阻的擊穿電壓VBR和箝位電壓VC都相對(duì)高,通流能力相對(duì)強(qiáng),具有更強(qiáng)的浪涌脈沖吸收能力,因而較適合于電源接口的ESD或浪涌防護(hù)。
3、對(duì)于兩者都適合的場(chǎng)合,考慮價(jià)格因素,選用壓敏電阻。
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