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        一文詳解穩壓、TVS二極管和壓敏電阻的區別

        作者:時間:2024-01-05來源:電子工程師筆記收藏

        貼片和TVS可作為過電壓保護部件使用。這些產品的結構和制造方法完全不同,但作為靜電保護器件卻具有相似的性質。由此,雖然在電路上都可以使用,但也存在不能使用貼片的情況。的確,由于其歷史背景,產品目錄和數據表中記載的不同項目很多,難以像電容器和其他通用部件那樣,僅靠紙上記載的規格進行特性的比較。因此,在本報道中,將明確的不同之處,并介紹可以進行和壓敏電阻比較的數據。

        本文引用地址:http://www.sonshinechristianacademy.com/article/202401/454526.htm

        歷史

        1968年開發的氧化鋅壓敏電阻用于保護二極管免受雷擊。另一方面,二極管主要用于整流,其用途不同。因此,產品目錄和數據表中記載的不同項目很多,現在也難以單純地進行比較。在Automotive Electronics Council(車載電子部件評議會)制定的規格中,AEC-Q101適用于TVS二極管,AEC-Q200適用于壓敏電阻,其內容大不相同。

        圖1 歷史

        貼片壓敏電阻與TVS二極管的區別

        結構

        貼片壓敏電阻是主要以氧化鋅為基礎的陶瓷半導體產品。主要采用下圖所示的積層結構,通過積層張數、層間的調整,可以控制擊穿電壓、靜電容量。而TVS二極管是P型半導體和N型半導體結合而構成的,是硅基ESD防護器件。在二極管中,也有使用Au絲等的情況。

        I-V曲線

        貼片壓敏電阻和TVS二極管的電阻值會隨施加電壓的變化而改變。貼片壓敏電阻可以進行雙向靜電保護。TVS二極管以前大多是有方向性的,但最近雙向的TVS二極管也增加了。但是,由于存在因方向性不同而不同的情況,所以需要注意。

        圖4 I-V曲線

        對施加過電壓的反應速度

        從盤型壓敏電阻等初期的壓敏電阻時的記憶中,壓敏電阻的反應速度慢,經常聽到這樣的話。但是,如下圖所示,貼片壓敏電阻和TVS二極管對施加過電壓的反應速度一樣。施加IEC61000-4-2 HBM +8kV后,在1ns以內達到峰值,400ns后施加在保護部件上的電壓值幾乎為0。

        圖5 對施加過電壓的反應速度

        靜電容量

        壓敏電阻和TVS二極管的靜電容量幅度大不相同。由于貼片壓敏電阻采用積層結構,所以可以通過增加內部電極的層數,增加靜電容量。用EIA0805以下的尺寸進行比較時,如下圖所示,靜電容量的最大值有近100倍的差距。因此,在必須并聯放入MLCC的線路中,也有可以用單個貼片壓敏電阻應對的情況。

        圖6 靜電容量

        其他特性

        其他的溫度特性和插入損耗等,雖然貼片壓敏電阻和TVS二極管有一些不同,但在用相同規格比較時動作相同。由于在各數據表中記載了它們各自的動作,所以可以與TVS二極管進行比較。

        圖7 其他特性

        在控制器區域網絡(CAN)中使用貼片壓敏電阻與TVS二極管時的4個要點

        為了保護CAN Tranceiver,在控制器區域網絡(CAN)中使用靜電保護部件。在此介紹在CAN線上選定靜電保護部件時的要點。

        最大允許電路電壓

        在控制器區域網絡(CAN)串行總線拓撲結構中,使用CANH、CANL信號后,可獲得顯性(dominant)和隱性(Recessive)的電平狀態。顯性時,在CANH線上施加3.5V左右的電壓,靜電保護部件在此電壓時必須作為絕緣體發揮作用。因此,在這次的情況下,需要選擇最大允許電路電壓為3.5V以上的靜電保護部件。

        此外,靜電保護部件的漏電流具有溫度依賴性,還需要考慮實際使用時的溫度環境。下圖是典型的貼片壓敏電阻和TVS二極管的漏電流溫度特性。隨著高溫的升高,漏電流會變大,但設計時使之低于50uA。

        圖8 漏電流溫度特性

        靜電容量

        CAN的最大通信速度為1Mbps,電路中并聯插入的靜電保護部件不能妨礙這種通信。1Mbps(=0.5 MHz)時,必須選擇插入損耗小的產品。下圖表明,可用于CAN通信的貼片壓敏電阻和TVS二極管的插入損耗不會影響任何產品的通信。

        圖9 貼片壓敏電阻和TVS二極管的插入損耗

        浪涌保護能力

        靜電保護部件用于保護成套使用的IC和外圍器件。例如,下面是用于車載CAN Tranceiver的ESD耐量。

        表1 ESD Durabitily of CAN Tranceiver for each IC

        從這個表可以看出,如果在CAN Tranceiver施加4kV以上的電壓,可能會損壞。此外,以下TLP數據表明,在相當于ESD 4kV的測試中,相當于8A的電流流過CAN Tranceiver。

        圖10 TLP數據

        如果不使用靜電保護部件,4kV的靜電會導致8A電流流向CAN Tranceiver,CAN Tranceiver會損壞。另一方面,從以下圖可知,由于施加電壓,壓敏電阻、TVS二極管的電阻值急劇下降到2Ω以下。

        圖11 TLP數據

        因此,因施加ESD產生的大部分電流流向保護元件,可保護CAN Tranceiver。通過TLP數據,可以在設計時使用模擬的方式來確認流向CAN Tranceiver的電流。這一次,舉了一個簡單的例子,如果知道其他電子部件的特性值,可以在實際測試之前確認ESD耐量。

        ESD耐量

        在許多情況下,需要成套部件的ESD耐量,也要求靜電保護元件具有的性能。產品的ESD耐量可以通過數據表確認。

        結語

        以上便是對于壓敏電阻和二極管不同之處的詳細介紹,同時對于二極管和壓敏電阻的數據進行了詳細比較,希望對讀者有所幫助。




        關鍵詞: 二極管 壓敏電阻

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