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TVS二極管和壓敏電阻的區(qū)別是什么?使用時應(yīng)進(jìn)行比較的4個要點(diǎn)

jf_pJlTbmA9 ? 來源:jf_pJlTbmA9 ? 作者:jf_pJlTbmA9 ? 2023-07-28 15:27 ? 次閱讀

產(chǎn)品概要齊納?TVS二極管壓敏電阻的區(qū)別是什么?使用時應(yīng)進(jìn)行比較的4個要點(diǎn)

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(車載電子部件評議會)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

wKgaomTCRTGAKqBGAAFewYnXy3c122.png

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。

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(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

wKgZomTCRTaACmAQAAApx1ddWhU831.png

對施加過電壓的反應(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 對施加過電壓的反應(yīng)速度

wKgZomTCRTiAfO5RAABsuJMWLvk950.png

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,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,也有可以用單個貼片壓敏電阻應(yīng)對的情況。

圖6 靜電容量

wKgaomTCRT2AaUIjAAAJ0v7FAq8728.png

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)格比較時動作相同。 由于在各數(shù)據(jù)表中記載了它們各自的動作,所以可以與TVS二極管進(jìn)行比較。

圖7 其他特性

wKgaomTCRT6Ad2lvAACOFTNGxhg231.png

控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)中使用貼片壓敏電阻和TVS二極管時的4個要點(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信號后,可獲得顯性(dominant)和隱性(Recessive)的電平狀態(tài)。 顯性時,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,還需要考慮實際使用時的溫度環(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,漏電流會變大,但設(shè)計時使之低于50uA。

圖8 漏電流溫度特性

wKgaomTCRUSAJJefAACjHvUaTKA113.png

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,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

wKgZomTCRUWAffouAACRZBI6qI0255.png

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

Tranceiver Vender 通信速度 Vesd HBM
CANH, L
SPLIT Other
A A公司 1Mbps ±12kV ±12kV ±12kV
B B公司 1Mbps ±12kV ±10kV ±4kV
C C公司 1Mbps ±6kV ±6kV ±4kV

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(shù)據(jù)表明,在相當(dāng)于ESD 4kV的測試中,相當(dāng)于8A的電流流過CAN Tranceiver。

圖10 TLP數(shù)據(jù)

wKgZomTCRUeAPAOZAACMYS_-ysw214.png

如果不使用靜電保護(hù)部件,4kV的靜電會導(dǎo)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(shù)據(jù)

wKgaomTCRUiAIW64AADSiBMUPEw108.png

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)計時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(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)浪涌耐量優(yōu)異, 在頻繁的ON/OFF動作中使用的電磁閥和步進(jìn)電動機(jī)等領(lǐng)域,也提供可以代替穩(wěn)壓二極管等的產(chǎn)品。

TDK貼片壓敏電阻的特點(diǎn):小型化

TDK實現(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

wKgZomTCRVGAeE_DAACMXEjN1IA641.png

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)行簡單的比較。

wKgaomTCRVaAJ1nWAAEzE6Tb9ZM830.png

wKgaomTCRVeAZu-VAAD4HWlJa24951.png

wKgZomTCRVmANYWwAAD32xEN4x8656.png

wKgaomTCRVqAefPuAACiltRJY0g776.png

審核編輯:湯梓紅

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