【導(dǎo)讀】貼片壓敏電阻和TVS二極管用作過電壓保護(hù)部件。 這些產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和制造方法完全不同，但作為靜電保護(hù)器件具有相似的性質(zhì)。 因此，雖然在電路上都可以使用，但存在判斷不能使用貼片壓敏電阻的情況。 的確，由于其歷史背景，產(chǎn)品目錄和數(shù)據(jù)表中記載的不同項(xiàng)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(guī)格進(jìn)行特性的比較。 因此，在本報(bào)道中，明確壓敏電阻和二極管的不同之處，介紹可以進(jìn)行二極管和壓敏電阻比較的數(shù)據(jù)。
歷史
1968年開發(fā)的氧化鋅壓敏電阻用于保護(hù)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(chǎn)品目錄和數(shù)據(jù)表中記載的不同項(xiàng)目很多，現(xiàn)在也難以單純地進(jìn)行比較。 在Automotive Electronics Council（車載電子部件評(píng)議會(huì)）制定的規(guī)格中，AEC-Q101適用于TVS二極管， AEC-Q200適用于壓敏電阻，其內(nèi)容大不相同。
圖1 歷史
貼片壓敏電阻與TVS二極管的區(qū)別
結(jié)構(gòu)
貼片壓敏電阻是主要以氧化鋅為基礎(chǔ)的陶瓷半導(dǎo)體產(chǎn)品。 主要采用下圖所示的積層結(jié)構(gòu)，通過積層張數(shù)、層間的調(diào)整，可以控制擊穿電壓、靜電容量。 而TVS二極管是P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合而構(gòu)成的，是硅基ESD防護(hù)器件。 在二極管中，也有使用Au絲等的情況。
圖2 貼片壓敏電阻
圖3 TVS二極管
I-V曲線
貼片壓敏電阻和TVS二極管的電阻值會(huì)隨施加電壓的變化而改變。 貼片壓敏電阻可以進(jìn)行雙向靜電保護(hù)。 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(duì)施加過電壓的反應(yīng)速度
從盤型壓敏電阻等初期的壓敏電阻時(shí)的記憶中，壓敏電阻的反應(yīng)速度慢，經(jīng)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(duì)施加過電壓的反應(yīng)速度一樣。 施加IEC61000-4-2 HBM +8kV后，在1ns以內(nèi)達(dá)到峰值，400ns后施加在保護(hù)部件上的電壓值幾乎為0。
圖5 對(duì)施加過電壓的反應(yīng)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(jié)構(gòu)，所以可以通過增加內(nèi)部電極的層數(shù)，增加靜電容量。 用EIA0805以下的尺寸進(jìn)行比較時(shí)，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(lián)放入MLCC的線路中，也有可以用單個(gè)貼片壓敏電阻應(yīng)對(duì)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(guī)格比較時(shí)動(dòng)作相同。 由于在各數(shù)據(jù)表中記載了它們各自的動(dòng)作，所以可以與TVS二極管進(jìn)行比較。
圖7 其他特性
在控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)中使用貼片壓敏電阻和TVS二極管時(shí)的4個(gè)要點(diǎn)
為了保護(hù)CAN Tranceiver，在控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)中使用靜電保護(hù)部件。 在此介紹在CAN線上選定靜電保護(hù)部件時(shí)的要點(diǎn)。
最大允許電路電壓
在控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)串行總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，使用CANH、CANL信號(hào)后，可獲得顯性(dominant)和隱性(Recessive)的電平狀態(tài)。 顯性時(shí)，在CANH線上施加3.5V左右的電壓，靜電保護(hù)部件在此電壓時(shí)必須作為絕緣體發(fā)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(hù)部件。
此外，靜電保護(hù)部件的漏電流具有溫度依賴性，還需要考慮實(shí)際使用時(shí)的溫度環(huán)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(huì)變大，但設(shè)計(jì)時(shí)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(lián)插入的靜電保護(hù)部件不能妨礙這種通信。 1Mbps(=0.5 MHz)時(shí)，必須選擇插入損耗小的產(chǎn)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(huì)影響任何產(chǎn)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(hù)能力
靜電保護(hù)部件用于保護(hù)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(gè)表可以看出，如果在CAN Tranceiver施加4kV以上的電壓，可能會(huì)損壞。 此外，以下TLP數(shù)據(jù)表明，在相當(dāng)于ESD 4kV的測(cè)試中，相當(dāng)于8A的電流流過CAN Tranceiver。
圖10 TLP數(shù)據(jù)
如果不使用靜電保護(hù)部件，4kV的靜電會(huì)導(dǎo)致8A電流流向CAN Tranceiver，CAN Tranceiver會(huì)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(shù)據(jù)
因此，因施加ESD產(chǎn)生的大部分電流流向保護(hù)元件，可保護(hù)CAN Tranceiver。 通過TLP數(shù)據(jù)，可以在設(shè)計(jì)時(shí)使用模擬的方式來確認(rèn)流向CAN Tranceiver的電流。 這一次，舉了一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，如果知道其他電子部件的特性值，可以在實(shí)際測(cè)試之前確認(rèn)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(hù)元件具有的性能。 產(chǎn)品的ESD耐量可以通過數(shù)據(jù)表確認(rèn)。
TDK貼片壓敏電阻的特點(diǎn)：反復(fù)施加ESD產(chǎn)生的ESD耐量
壓敏電阻的反復(fù)浪涌耐量根據(jù)材料類型的不同而有很大不同，例如添加到主要成分ZnO中的添加劑的種類和組成等。 采用應(yīng)用材料技術(shù)開發(fā)的獨(dú)特材料的TDK貼片壓敏電阻，其特點(diǎn)是反復(fù)浪涌耐量?jī)?yōu)異， 在頻繁的ON/OFF動(dòng)作中使用的電磁閥和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域，也提供可以代替穩(wěn)壓二極管等的產(chǎn)品。 詳細(xì)情況參照這里的報(bào)道《擁有優(yōu)異反復(fù)浪涌耐量的貼片壓敏電阻》。
TDK貼片壓敏電阻的特點(diǎn)：小型化
TDK實(shí)現(xiàn)了EIA01005(0.4x0.2mm)尺寸的小型化。 另外，還在面向車載用途方面，應(yīng)對(duì)AEC-Q200，批量生產(chǎn)行業(yè)最小的EIA0402(1.0x0.5mm)尺寸的產(chǎn)品。
圖12 TDK貼片壓敏電阻的特點(diǎn)：小型化
在Web上刊登數(shù)據(jù)表
TDK在Web上的數(shù)據(jù)表中發(fā)布了上述各數(shù)據(jù)。 提供了所有與TVS二極管比較所需的數(shù)據(jù)，確認(rèn)數(shù)據(jù)表后，可進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較。
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