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行業(yè)資訊
ESD器件安全防護(hù)基本原理
這兒詳細(xì)介紹pcb設(shè)計手機上中較為常見的TVS管和壓敏電阻。
一、ESD器件的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)
1、較大工作頻率(Max Working Voltage)
容許長期性持續(xù)釋放在ESD維護(hù)器件兩邊的電壓(有效值)，再此工作態(tài)度下ESD器件不通斷，維持高阻情況，反向泄露電流不大。
2、擊穿場強(Breakdown Voltage)
ESD器件剛開始姿勢(通斷)的電壓。一般地，TVS管姿勢電壓比壓敏電阻低。
3、鉗位電壓(Clamping Voltage)
ESD器件穿過最高值電流時，其兩邊展現(xiàn)的電壓，超出此電壓，將會導(dǎo)致ESD永久損害。
4、泄露電流(Leakage Current)
在特定的交流電壓(一般指不超出較大工作頻率)的功效下，穿過ESD器件的電流。一般地，TVS管的反向泄露電流是nA級，壓敏電阻泄露電流是μA級，此電流越小，對維護(hù)電源電路危害越小。
5、電容器(Capacitance)
在給出電壓、頻率標(biāo)準(zhǔn)下測出的值，此值越小，對維護(hù)電源電路的數(shù)據(jù)信號傳送危害越小。例如硅半導(dǎo)體材料TVS管的結(jié)電容(pF級)，壓敏電阻的寄生電容(nF級)
6、響應(yīng)速度(Response Time)
指ESD器件對鍵入的大電壓鉗制到預(yù)訂電壓的時間。一般地，TVS管的響應(yīng)速度是ns級，壓敏電阻是μs級，此時間越小，更能合理的維護(hù)電源電路中電子器件。
7、使用壽命(ESD Pulse Withstanding)
TVS技術(shù)性運用的是半導(dǎo)體材料的鉗位基本原理，在承受瞬時速度髙壓時，會馬上將動能釋放出來出來，大部分沒有使用壽命限定；而壓敏電阻選用的是物理學(xué)消化吸收基本原理，因而每歷經(jīng)一次ESD惡性事件，原材料就會遭受一定的物理學(xué)損害，產(chǎn)生沒法修復(fù)的走電安全通道，會伴隨著應(yīng)用頻次的增加特性降低，存有使用壽命限定。
二、TVS管(硅半導(dǎo)體材料)
瞬態(tài)抑止二極管（Transient Voltage Suppressor）通稱TVS，是一種二極管方式的高效率維護(hù)器件，運用P-N結(jié)的反向熱擊穿原理，將靜電感應(yīng)的髙壓單脈沖導(dǎo)進(jìn)地，進(jìn)而維護(hù)了家用電器內(nèi)部對靜電感應(yīng)比較敏感的元器件。以TVS二極管為例：當(dāng)瞬時速度電壓超出電源電路一切正常工作頻率后，TVS二極管便產(chǎn)生山崩，出示給瞬時電流一個極低電阻器通道，其結(jié)果是瞬時電流根據(jù)二極管被引開，繞開被維護(hù)器件，而且在電壓修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)值以前使被維護(hù)控制回路一直維持截至電壓。當(dāng)瞬時速度單脈沖完畢之后，TVS二極管自動回復(fù)內(nèi)容高阻情況，全部控制回路進(jìn)到一切正常電壓。TVS管的無效方式關(guān)鍵是短路故障，但當(dāng)根據(jù)的過電流很大時，也將會導(dǎo)致TVS管被爆裂而引路。
TVS管有單邊和雙重二種，單邊TVS管的特性與穩(wěn)壓二極管類似，雙重TVS管的特性等于2個穩(wěn)壓二極管反向串接，其I-V曲線圖特性圖見圖1，圖中技術(shù)參數(shù)注釋：
①反向斷態(tài)電壓(截至電壓) VRWM與反向泄露電流IR：反向斷態(tài)電壓(截至電壓)VRWM表達(dá)TVS管不通斷的最多電壓，在這一電壓下只能不大的反向泄露電流IR。
②擊穿場強VBR：TVS管根據(jù)要求的檢測電流IT時的電壓，它是表達(dá)TVS管導(dǎo)通的標(biāo)示電壓。
③單脈沖最高值電流IPP：TVS管容許根據(jù)的10/1000μs波的較大最高值電流（8/20μs波的最高值電流約為其5倍上下，8/20μs是界定IPP單脈沖波電流，請參照下面的圖2），超出這一電流就將會導(dǎo)致永久受損。在同一個系列產(chǎn)品中，擊穿場強越高的水管容許根據(jù)的最高值電流越小。
④較大箝位電壓VC：TVS管穿過單脈沖最高值電流IPP時兩邊所展現(xiàn)的電壓。
⑤正指導(dǎo)通電壓VF：TVS根據(jù)正指導(dǎo)通電流IF的壓力降。
除所述技術(shù)參數(shù)外，TVS管還有一個重要主要參數(shù)：P-N結(jié)電容Cj。
三、壓敏電阻(MLV/MOV)
多層高層壓敏電阻(MLV)及氫氧化物壓敏電阻(MOV)運用ZnO等壓敏這種材質(zhì)的壓敏特性，保持了對靜電感應(yīng)的安全防護(hù)，壓敏電阻器的電阻器體原材料是半導(dǎo)體材料，當(dāng)釋放于壓敏電阻器兩端電壓低于其壓敏電壓，壓敏電阻器等于10MΩ左右接地電阻；如在壓敏電阻器兩邊釋放超過壓敏電壓的過壓時，壓敏電阻器的電阻器驟降展現(xiàn)低阻態(tài)，進(jìn)而把電荷迅速導(dǎo)走，合理地維護(hù)了電源電路中的其他電子器件不至于過流保護(hù)而受損。壓敏電阻選用的是物理學(xué)消化吸收基本原理，因而每歷經(jīng)一次ESD惡性事件，原材料就會遭受一定的物理學(xué)損害，產(chǎn)生沒法修復(fù)的走電安全通道，會伴隨著應(yīng)用頻次的增加特性降低，存有使用壽命限定難題。
壓敏電阻兼容雙重維護(hù)，它的伏安特性是徹底對稱性的，見圖5，VW：一切正常工作頻率(Working Voltage)。IL：較大Vw工作中標(biāo)準(zhǔn)下的走電電流(Leakage Current)。壓敏電阻的無效方式關(guān)鍵是短路故障，但當(dāng)根據(jù)的過電流很大時，也將會導(dǎo)致泵殼被爆裂而引路。
四、TVS管和壓敏電阻運用場所
根據(jù)對TVS管和壓敏電阻的特性比照，依據(jù)分別的優(yōu)勢，合適運用場所列下：
1、與壓敏電阻較為，TVS管具備響應(yīng)速度快、鉗位電壓誤差小、結(jié)電容小、反向泄露電流寸和無使用壽命限定等優(yōu)勢，因此較合適于數(shù)據(jù)信號品質(zhì)規(guī)定高、線走電規(guī)定小等插口的ESD安全防護(hù)， 例如髙速網(wǎng)絡(luò)信號傳輸線、鐘表線等。
2、與TVS管較為，壓敏電阻的擊穿場強VBR和箝位電壓VC都相對性高，載流工作能力相對性強，具備更強的浪涌單脈沖吸收力，因此較合適于電源接口的ESD或浪涌安全防護(hù)。
3、針對二者都合適的場所，考慮到價錢要素，采用壓敏電阻。