AMAZINGIC晶焱科技（KOYUELEC光與電子）：如何區(qū)別各類型TVS保護(hù)器件？

瞬態(tài)電壓抑制器（Transient Voltage Suppressor）簡稱TVS，是一種二極管形態(tài)的高效能保護(hù)器件。TVS用來保護(hù)后段的IC免受由ESD或EOS波動引起意外的過電壓和過電流影響。其工作原理如圖1所示；首先TVS的二極管反向擊穿的特性，當(dāng)TVS兩極受到瞬態(tài)高能量脈沖沖擊時，它能以10的負(fù)12次方秒(ps)量級的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩梗赵诖罅慨惓SD/EOS能量，并將其迅速泄放到地層，使兩極間的電壓箝位于一個預(yù)定值，有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件，免受各種不合理脈沖的破壞，是電子產(chǎn)品常用的保護(hù)器件。

圖1 TVS保護(hù)系統(tǒng)的工作原理

TVS類型

一．TVS按照功率大小，可分為：大功率TVS和小功率TVS。

大功率TVS主要應(yīng)用于電源系統(tǒng)上，保護(hù)電源免于大能量浪涌的沖擊，其應(yīng)該領(lǐng)域有工業(yè)設(shè)備，汽車 電子，航空航天等。大功率TVS結(jié)電容可以達(dá)到上百pF，響應(yīng)速度在1ns以下，因?yàn)榇蠊β蔜VS需要承受大能量的沖擊，所以其具有封裝大的特點(diǎn)，主要為SMA以上的封裝，擁kW浪涌級別。目前，業(yè)內(nèi)普遍把3000W以上的TVS定義為大功率TVS管。汽車級TVS二極管SM系列，峰值脈沖功率6600W，屬于大功率TVS管。目前一般大功率TVS主要以10/1000uS為單體耐受測試標(biāo)準(zhǔn)。 小功率TVS則主要防范ESD或EFT等ns級波形脈沖防護(hù)上，常見應(yīng)用于信號線和電源防護(hù)。因其主要防范能量較小的脈沖，所以單體不需要設(shè)計(jì)成大封裝去承載大功率設(shè)計(jì)。而小功率TVS封裝可設(shè)計(jì)成0402，0201，甚至01005更小的封裝形態(tài)。其特點(diǎn)寄生電容設(shè)計(jì)值可以在pF級以下，適用且廣泛應(yīng)用于高速信號。小功率TVS常規(guī)使用靜電標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-2為單體耐受測試標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)遇到ESD靜電問題時，通常會在敏感線路或者外接的信號必經(jīng)之路通過增加小功率TVS管的方式來泄放ESD。

二．TVS按照用途，可分為：通用型TVS和專用型TVS。?

通用型TVS指沒有特殊認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格的要求外，可廣泛使用于各類電子產(chǎn)品。而專用型TVS則為在 常規(guī)規(guī)格上需要加持額外的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，如汽車領(lǐng)域需要有AEC-Q101認(rèn)證的TVS，其可靠度測試將更為嚴(yán)格。如晶焱科技TVS產(chǎn)品類別里，AZ9系列則為車規(guī)級TVS，全系列皆通過AEC-Q101認(rèn)證測試。而其它系列則為通用型TVS，是針對各類電子產(chǎn)品所設(shè)計(jì)的ESD/EOS防護(hù)方案。如圖2所示，晶焱科技擁有豐富的TVS產(chǎn)品型號，總數(shù)超過400種；例如AZ1系列是針對保護(hù)各類高速傳輸接口的TVS類型，在COMS制程上設(shè)計(jì)出SCR技術(shù)的snap-back技術(shù)，使其不但在寄生電容小的基礎(chǔ)上，依然可以讓箝制電壓在更小更合理的范圍。

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圖2 晶焱TVS產(chǎn)品系列目錄

三．TVS按電壓分類，可分為：高壓TVS和低壓TVS。?

電子系統(tǒng)的電源分類，可以分成芯片級電源和系統(tǒng)級電源。芯片級電源即為給芯片供電電源，其電壓 范圍一般最大不超過5V，例如常規(guī)數(shù)字信號電平為3.3V和5V，芯片級主流供電電壓為3.3V和5V。隨著高速信號在廣泛使用，所需更低的信號電壓以減少功耗和電壓擺動產(chǎn)生的EMI問題，所以主流的高速接口芯片核心電壓都要小于3.3V，如2.5V，1.8V，1.2V甚至更低。而對應(yīng)芯片級電源的TVS可統(tǒng)稱為低壓TVS，其工作電壓 ≦5V。相反系統(tǒng)級電源電壓一般>5V，主要為電源管理芯片供應(yīng)輸入電源，如常見的電源電壓有9V，12V，24V 等，輸入電源通過DCDC等電源芯片降壓至芯片級電源。如圖2，晶焱AZ4系列為高壓TVS系列，其最大工作電壓可達(dá)100V。如下圖3所示，為晶焱部分高壓TVS常用型號。

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圖3 晶焱部分高壓TVS型號

四． TVS按通路區(qū)別，可分為：單路TVS和多路TVS。

傳統(tǒng)二極管為PN結(jié)單向二極管，其封裝形態(tài)為單路雙引腳，而傳統(tǒng)TVS管也為單路形態(tài)，其封裝特徵與二極管相彷。單路TVS主要優(yōu)點(diǎn)是封裝小，PCB佈局靈活，但對於信號繁多且複雜的接口，如HDMI，Type-C等，其單路TVS使用數(shù)量多，佔(zhàn)用空間大成為其軟肋，且造成總成本偏高。而多路TVS管可以解決這一缺點(diǎn)，多路TVS可以集成更豐富和更先進(jìn)的保護(hù)電路在其芯片級封裝裡，提供2路以上的保護(hù)通道。晶焱科技所研發(fā)的多路陣列式TVS為半導(dǎo)體製程組件，內(nèi)部只有一顆芯片; 這說明了通過芯片佈局設(shè)計(jì)的方式，可以把數(shù)個ESD的保護(hù)端口整合在一個小小的芯片上。其特性為電容小、導(dǎo)通速度快，根據(jù)電壓應(yīng)用的不同，提供足夠的維持電壓使系統(tǒng)不會產(chǎn)生閂鎖效應(yīng)；且多路陣列TVS可設(shè)計(jì)更低更安全的箝位電壓，將ESD/EOS突波電壓箝制在一個較低的電壓值，保護(hù)電子系統(tǒng)不會受到ESD/EOS突波的破壞。此外根據(jù)不同的終端應(yīng)用，我們也提供了不同的封裝元件尺寸，如SOT23，SC70，DFN等封裝。由於佔(zhàn)用的印刷電路板空間較小，多路TVS也常被用在這一些小尺寸的印刷電路板上。圖4為單路TVS與多路陣列式TVS各項(xiàng)目對比。

Figure 4 Single-channel TVS vs. multi-channel TVS array

五．TVS按方向分類，可分為：單向TVS和雙向TVS。?

TVS 有單向和雙向之分，單向TVS的特性與二極管相似，雙向TVS管的特性相當(dāng)于兩個二極管反 向串聯(lián)。單向TVS一般應(yīng)用于直流電路或數(shù)字信號，雙向TVS適用于交流電路或模擬信號。如圖5左圖所示，單向TVS的正向特性與普通二極管相同，反向擊穿拐點(diǎn)處近似“直角”的擊穿為典型的PN結(jié)雪崩。從擊穿點(diǎn)到箝位電壓值所對應(yīng)的曲線段表明，當(dāng)有瞬時過壓脈沖時，TVS的電流急驟增加而反向電壓則上升到箝位電壓值，并保持在這一水平上，而正向?qū)妷阂昉N結(jié)材料而定，TVS硅材質(zhì)一般在0.8V至0.9V左右，正向?qū)ê?，其電流也呈現(xiàn)指數(shù)級增長，正向電壓并維持在箍位電壓值。如圖5右圖所示，雙向TVS的I-V特性曲線如同兩只單向TVS“背靠背”組合，其正反兩個方向都具有相同的雪崩擊穿特性和箝位特性，一旦加在它兩端的干擾電壓超過箝位電壓就會立刻被抑制掉，雙向TVS在交流電路和模擬信號應(yīng)用十分方便。

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圖5 單向TVS和雙向TVS I-V曲線圖

審核編輯?黃昊宇