ESD器件安全防护基本原理(lǐ)

2021-03-18
 这儿详细介绍pcb设计手机上中较為(wèi)常见的TVS管和压敏電(diàn)阻。
 
  一、ESD器件的关键技术参数
  1、较大工作频率(Max Working Voltage)
  容许長(cháng)期性持续释放在ESD维护器件两边的電(diàn)压(有(yǒu)效值)，再此工作态度下ESD器件不通断，维持高阻情况，反向泄露電(diàn)流不大。
  2、击穿场强(Breakdown Voltage)
  ESD器件刚开始姿势(通断)的電(diàn)压。一般地，TVS管姿势電(diàn)压比压敏電(diàn)阻低。
  3、钳位電(diàn)压(Clamping Voltage)
  ESD器件穿过最高值電(diàn)流时，其两边展现的電(diàn)压，超出此電(diàn)压，将会导致ESD永久损害。
   4、泄露電(diàn)流(Leakage Current)
  在特定的交流電(diàn)压(一般指不超出较大工作频率)的功效下，穿过ESD器件的電(diàn)流。一般地，TVS管的反向泄露電(diàn)流是nA级，压敏電(diàn)阻泄露電(diàn)流是μA级，此電(diàn)流越小(xiǎo)，对维护電(diàn)源電(diàn)路危害越小(xiǎo)。
  5、電(diàn)容器(Capacitance)
  在给出電(diàn)压、頻率标准下测出的值，此值越小(xiǎo)，对维护電(diàn)源電(diàn)路的数据信号传送危害越小(xiǎo)。例如硅半导體(tǐ)材料TVS管的结電(diàn)容(pF级)，压敏電(diàn)阻的寄生電(diàn)容(nF级)
  6、响应速度(Response Time)
  指ESD器件对键入的大電(diàn)压钳制到预订電(diàn)压的時间。一般地，TVS管的响应速度是ns级，压敏電(diàn)阻是μs级，此時间越小(xiǎo)，更能(néng)合理(lǐ)的维护電(diàn)源電(diàn)路中電(diàn)子器件。
  7、使用(yòng)寿命(ESD Pulse Withstanding)
   TVS技术性运用(yòng)的是半导體(tǐ)材料的钳位基本原理(lǐ)，在承受瞬时速度髙压时，会马上将动能(néng)释放出来出来，大部分(fēn)沒有(yǒu)使用(yòng)寿命限定；而压敏電(diàn)阻选用(yòng)的是物(wù)理(lǐ)學(xué)消化吸收基本原理(lǐ)，因而每历经一次ESD恶性事件，原材料就会遭受一定的物(wù)理(lǐ)學(xué)损害，产生没法修复的走電(diàn)安全通道，会伴随着应用(yòng)频次的增加特性降低，存有(yǒu)使用(yòng)寿命限定。
 
  二、TVS管(硅半导體(tǐ)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(yòng)P-N结的反向热击穿原理(lǐ)，将静電(diàn)感应的髙压单脉冲导进地，进而维护了家用(yòng)電(diàn)器內部对静電(diàn)感应比较敏感的元器件。以TVS二极管為(wèi)例：当瞬时速度電(diàn)压超出電(diàn)源電(diàn)路一切正常工作频率后，TVS二极管便产生山(shān)崩，出示给瞬时電(diàn)流一个极低電(diàn)阻器通道，其結果是瞬时電(diàn)流根据二极管被引开，绕开被维护器件，而且在電(diàn)压修复标准值以前使被维护控制回路一直维持截至電(diàn)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電(diàn)压。TVS管的无效方式关键是短路故障，但当根据的过電(diàn)流很(hěn)大时，也将会导致TVS管被爆裂而引路。
  TVS管有(yǒu)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曲線(xiàn)图特性图见图1，图中技术参数注释：
  ①反向断态電(diàn)压(截至電(diàn)压) VRWM与反向泄露電(diàn)流IR：反向断态電(diàn)压(截至電(diàn)压)VRWM表达TVS管不通断的最多(duō)電(diàn)压，在这一電(diàn)压下只能(néng)不大的反向泄露電(diàn)流IR。
  ②击穿场强VBR：TVS管根据要求的检测電(diàn)流IT时的電(diàn)压，它是表达TVS管导通的标示電(diàn)压。
  ③单脉冲最高值電(diàn)流IPP：TVS管容许根据的10/1000μs波的较大最高值電(diàn)流（8/20μs波的最高值電(diàn)流约為(wèi)其5倍上下，8/20μs是界定IPP单脉冲波電(diàn)流，请参照下面的图2），超出这一電(diàn)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電(diàn)流越小(xiǎo)。
  ④较大箝位電(diàn)压VC：TVS管穿过单脉冲最高值電(diàn)流IPP时两边所展现的電(diàn)压。
  ⑤正指导通電(diàn)压VF：TVS根据正指导通電(diàn)流IF的压力降。
  除所述技术参数外，TVS管还有(yǒu)一个重要主要参数：P-N结電(diàn)容Cj。
 
  三、压敏電(diàn)阻(MLV/MOV)
  多(duō)层高层压敏電(diàn)阻(MLV)及氢氧化物(wù)压敏電(diàn)阻(MOV)运用(yòng)ZnO等压敏这种材质的压敏特性，保持了对静電(diàn)感应的安全防护，压敏電(diàn)阻器的電(diàn)阻器體(tǐ)原材料是半导體(tǐ)材料，当释放于压敏電(diàn)阻器两端電(diàn)压低于其压敏電(diàn)压，压敏電(diàn)阻器等于10MΩ左右接地電(diàn)阻；如在压敏電(diàn)阻器两边释放超过压敏電(diàn)压的过压时，压敏電(diàn)阻器的電(diàn)阻器骤降展现低阻态，进而把電(diàn)荷迅速导走，合理(lǐ)地维护了電(diàn)源電(diàn)路中的其他(tā)電(diàn)子器件不至于过流保护而受损。压敏電(diàn)阻选用(yòng)的是物(wù)理(lǐ)學(xué)消化吸收基本原理(lǐ)，因而每历经一次ESD恶性事件，原材料就会遭受一定的物(wù)理(lǐ)學(xué)损害，产生没法修复的走電(diàn)安全通道，会伴随着应用(yòng)频次的增加特性降低，存有(yǒu)使用(yòng)寿命限定难题。
  压敏電(diàn)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工作中标准下的走電(diàn)電(diàn)流(Leakage Current)。压敏電(diàn)阻的无效方式关键是短路故障，但当根据的过電(diàn)流很(hěn)大时，也将会导致泵壳被爆裂而引路。
 
  四、TVS管和压敏電(diàn)阻运用(yòng)场所
  根据对TVS管和压敏電(diàn)阻的特性比照，依据分(fēn)别的优势，合适运用(yòng)场所列下：
  1、与压敏電(diàn)阻较為(wèi)，TVS管具备响应速度快、钳位電(diàn)压误差小(xiǎo)、结電(diàn)容小(xiǎo)、反向泄露電(diàn)流寸和无使用(yòng)寿命限定等优势，因此较合适于数据信号品质规定高、線(xiàn)走電(diàn)规定小(xiǎo)等插口的ESD安全防护，  例如髙速网络信号传输線(xiàn)、钟表線(xiàn)等。
  2、与TVS管较為(wèi)，压敏電(diàn)阻的击穿场强VBR和箝位電(diàn)压VC都相对性高，载流工作能(néng)力相对性强，具备更强的浪涌单脉冲吸收力，因此较合适于電(diàn)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(yòng)压敏電(diàn)阻。