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介绍一种ESD防护器件--瞬态抑制二极管TVS管

已有 667 次阅读2017-6-26 15:25

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随着电子信息技术的迅速发展,当前半导体器件日益趋向小型化、高密度和多功能化。特别是像时尚消费电子和便携式产品等对主板面积要求比较严格的应用,很容易受到静电放电(ESD)的影响。电路保护元件的选择根据所要保护的布线情况、可用的电路板空间以及被保护电路的电特性来决定。因为利用先进工艺技术制造的IC电路里氧化层比较薄,栅极氧化层更易受到损害。而且一些采用深亚微米工艺和甚精细线宽布线的复杂半导体功能电路,对电路瞬变过程的影响更加敏感,这将导致上述问题加重。

 

因此要求保护器件必须具备低箝位电压以提供有效的ESD保护;而且响应时间要快以满足高速数据线路的要求;封装集成度高以适用便携设备印制电路板面紧张的情况;同时还要保证多次ESD过程后不会劣化以保证高档设备应有的品质。TVS(Transient Voltage Suppresser瞬态电压抑制器)正是为解决这些问题而产生的,它已成为保护电子信息设备的关键性技术器件,是专门设计用于吸收ESD能量并且保护系统免遭ESD损害的固态元件。如果应用得当,TVS二极管将限制跨在被保护器件上的电压刚好高过额定工作电压,但是却远低于破坏阈值电压。

 

TVShttp://www.socay.com/是普遍使用的一种新型高效电路保护器件,它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时,TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗,以吸收一个瞬间大电流,从而把它的两端电压钳制在一个预定的数值上,从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。正因为如此,TVS可用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压,以及感应雷所产生的过电压。

在我们了解TVS管的以上特征之后,硕凯电子再教大家在选择TVS二极管时,必须注意以下几个参数的选择:

1. 最小击穿电压VBR和击穿电流IRVBRTVS最小的击穿电压,在25℃时,低于这个电压TVS是不会发生雪崩的。当TVS流过规定的1mA电流(IR)时,加于TVS两极的电压为其最小击穿电压VBR。按TVSVBR与标准值的离散程度,可把VBR分为5%10%两种。对于5%VBR来说,VWM=0.85VBR;对于10%VBR来说,VWM=0.81VBR。为了满足IEC61000-4-2国际标准,TVS二极管必须达到可以处理最小8kV(接触)15kV(空气)ESD冲击,有的半导体生产厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。对于某些有特殊要求的便携设备应用,设计者可以按需要挑选器件。

 

2. 最大反向漏电流ID和额定反向关断电压VWMVWM这是二极管在正常状态时可承受的电压,此电压应大于或等于被保护电路的正常工作电压,否则二极管会不断截止回路电压;但它又需要尽量与被保护回路的正常工作电压接近,这样才不会在TVS工作以前使整个回路面对过压威胁。当这个额定反向关断电压VWM加于TVS的两极间时它处于反向关断状态,流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流ID

 

3. 最大箝位电压VC和最大峰值脉冲电流IPP。当持续时间为20mS的脉冲峰值电流IPP流过TVS时,在其两端出现的最大峰值电压为VCVCIPP反映了TVS的浪涌抑制能力。VCVBR之比称为箝位因子,一般在1.2~1.4之间。VC是二极管在截止状态提供的电压,也就是在ESD冲击状态时通过TVS的电压,它不能大于被保护回路的可承受极限电压,否则器件面临被损伤的危险。4. Pppm额定脉冲功率,这是基于最大截止电压和此时的峰值脉冲电流。对于手持设备,一般来说500WTVS就足够了。最大峰值脉冲功耗PMTVS能承受的最大峰值脉冲功耗值。在给定的最大箝位电压下,功耗PM越大,其浪涌电流的承受能力越大。在给定的功耗PM下,箝位电压VC越低,其浪涌电流的承受能力越大。另外,峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且,TVS所能承受的瞬态脉冲是不重复的,器件规定的脉冲重复频率(持续时间与间歇时间之比)0.01%。如果电路内出现重复性脉冲,应考虑脉冲功率的累积,有可能损坏TVS

 

5. 电容量C。电容量C是由TVS雪崩结截面决定的,是在特定的1MHz频率下测得的。C的大小与TVS的电流承受能力成正比,C太大将使信号衰减。因此,C是数据接口电路选用TVS的重要参数。电容对于数据/信号频率越高的回路,二极管的电容对电路的干扰越大,形成噪声或衰减信号强度,因此需要根据回路的特性来决定所选器件的电容范围。高频回路一般选择电容应尽量小(LCTVS、低电容TVS,电容不大于3pF),而对电容要求不高的回路电容选择可高于40pF


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