ESD器件安全防护基本原理

2021-03-18
 这儿详细介绍pcb设计手机上中较为常见的TVS管和压敏电阻。
 
  一、ESD器件的关键技术参数
  1、较大工作频率(Max Working Voltage)
  容许长期性持续释放在ESD维护器件两边的电压(有效值)，再此工作态度下ESD器件不通断，维持高阻情况，反向泄露电流不大。
  2、击穿场强(Breakdown Voltage)
  ESD器件刚开始姿势(通断)的电压。一般地，TVS管姿势电压比压敏电阻低。
  3、钳位电压(Clamping Voltage)
  ESD器件穿过最高值电流时，其两边展现的电压，超出此电压，将会导致ESD永久损害。
   4、泄露电流(Leakage Current)
  在特定的交流电压(一般指不超出较大工作频率)的功效下，穿过ESD器件的电流。一般地，TVS管的反向泄露电流是nA级，压敏电阻泄露电流是μA级，此电流越小，对维护电源电路危害越小。
  5、电容器(Capacitance)
  在给出电压、頻率标准下测出的值，此值越小，对维护电源电路的数据信号传送危害越小。例如硅半导体材料TVS管的结电容(pF级)，压敏电阻的寄生电容(nF级)
  6、响应速度(Response Time)
  指ESD器件对键入的大电压钳制到预订电压的時间。一般地，TVS管的响应速度是ns级，压敏电阻是μs级，此時间越小，更能合理的维护电源电路中电子器件。
  7、使用寿命(ESD Pulse Withstanding)
   TVS技术性运用的是半导体材料的钳位基本原理，在承受瞬时速度髙压时，会马上将动能释放出来出来，大部分沒有使用寿命限定；而压敏电阻选用的是物理学消化吸收基本原理，因而每历经一次ESD恶性事件，原材料就会遭受一定的物理学损害，产生没法修复的走电安全通道，会伴随着应用频次的增加特性降低，存有使用寿命限定。
 
  二、TVS管(硅半导体材料)
  瞬态抑止二极管（Transient Voltage Suppressor）通称TVS，是一种二极管方式的高效率维护器件，运用P-N结的反向热击穿原理，将静电感应的髙压单脉冲导进地，进而维护了家用电器內部对静电感应比较敏感的元器件。以TVS二极管为例：当瞬时速度电压超出电源电路一切正常工作频率后，TVS二极管便产生山崩，出示给瞬时电流一个极低电阻器通道，其結果是瞬时电流根据二极管被引开，绕开被维护器件，而且在电压修复标准值以前使被维护控制回路一直维持截至电压。当瞬时速度单脉冲完毕之后，TVS二极管自动回复内容高阻情况，全部控制回路进到一切正常电压。TVS管的无效方式关键是短路故障，但当根据的过电流很大时，也将会导致TVS管被爆裂而引路。
  TVS管有单边和双重二种，单边TVS管的特性与稳压二极管类似，双重TVS管的特性等于2个稳压二极管反向串接，其I-V曲线图特性图见图1，图中技术参数注释：
  ①反向断态电压(截至电压) VRWM与反向泄露电流IR：反向断态电压(截至电压)VRWM表达TVS管不通断的最多电压，在这一电压下只能不大的反向泄露电流IR。
  ②击穿场强VBR：TVS管根据要求的检测电流IT时的电压，它是表达TVS管导通的标示电压。
  ③单脉冲最高值电流IPP：TVS管容许根据的10/1000μs波的较大最高值电流（8/20μs波的最高值电流约为其5倍上下，8/20μs是界定IPP单脉冲波电流，请参照下面的图2），超出这一电流就将会导致永久受损。在同一个系列产品中，击穿场强越高的水管容许根据的最高值电流越小。
  ④较大箝位电压VC：TVS管穿过单脉冲最高值电流IPP时两边所展现的电压。
  ⑤正指导通电压VF：TVS根据正指导通电流IF的压力降。
  除所述技术参数外，TVS管还有一个重要主要参数：P-N结电容Cj。
 
  三、压敏电阻(MLV/MOV)
  多层高层压敏电阻(MLV)及氢氧化物压敏电阻(MOV)运用ZnO等压敏这种材质的压敏特性，保持了对静电感应的安全防护，压敏电阻器的电阻器体原材料是半导体材料，当释放于压敏电阻器两端电压低于其压敏电压，压敏电阻器等于10MΩ左右接地电阻；如在压敏电阻器两边释放超过压敏电压的过压时，压敏电阻器的电阻器骤降展现低阻态，进而把电荷迅速导走，合理地维护了电源电路中的其他电子器件不至于过流保护而受损。压敏电阻选用的是物理学消化吸收基本原理，因而每历经一次ESD恶性事件，原材料就会遭受一定的物理学损害，产生没法修复的走电安全通道，会伴随着应用频次的增加特性降低，存有使用寿命限定难题。
  压敏电阻兼容双重维护，它的伏安特性是彻底对称性的，见图5，VW：一切正常工作频率(Working Voltage)。IL：较大Vw工作中标准下的走电电流(Leakage Current)。压敏电阻的无效方式关键是短路故障，但当根据的过电流很大时，也将会导致泵壳被爆裂而引路。
 
  四、TVS管和压敏电阻运用场所
  根据对TVS管和压敏电阻的特性比照，依据分别的优势，合适运用场所列下：
  1、与压敏电阻较为，TVS管具备响应速度快、钳位电压误差小、结电容小、反向泄露电流寸和无使用寿命限定等优势，因此较合适于数据信号品质规定高、线走电规定小等插口的ESD安全防护，  例如髙速网络信号传输线、钟表线等。
  2、与TVS管较为，压敏电阻的击穿场强VBR和箝位电压VC都相对性高，载流工作能力相对性强，具备更强的浪涌单脉冲吸收力，因此较合适于电源接口的ESD或浪涌安全防护。
  3、针对二者都合适的场所，考虑到价钱要素，采用压敏电阻。