【導讀】貼片壓敏電阻和TVS二極管用作過電壓保護部件。 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
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型半導體和N型半導體結(jié)合而構(gòu)成的，是硅基ESD防護器件。 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二極管的電阻值會隨施加電壓的變化而改變。 貼片壓敏電阻可以進行雙向靜電保護。 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)達到峰值，400ns后施加在保護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
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
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二極管時的4個要點
為了保護CAN Tranceiver，在控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)中使用靜電保護部件。 在此介紹在CAN線上選定靜電保護部件時的要點。
最大允許電路電壓
在控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)串行總線拓撲結(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以上的靜電保護部件。
此外，靜電保護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
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
浪涌保護能力
靜電保護部件用于保護成套使用的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，在相當于ESD 4kV的測試中，相當于8A的電流流過CAN Tranceiver。
圖10 TLP數(shù)據(jù)
如果不使用靜電保護部件，4kV的靜電會導致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)
因此，因施加ESD產(chǎn)生的大部分電流流向保護元件，可保護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。
TDK貼片壓敏電阻的特點：反復施加ESD產(chǎn)生的ESD耐量
壓敏電阻的反復浪涌耐量根據(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)的獨特材料的TDK貼片壓敏電阻，其特點是反復浪涌耐量優(yōu)異， 在頻繁的ON/OFF動作中使用的電磁閥和步進電動機等領(lǐng)域，也提供可以代替穩(wěn)壓二極管等的產(chǎn)品。 詳細情況參照這里的報道《擁有優(yōu)異反復浪涌耐量的貼片壓敏電阻》。
TDK貼片壓敏電阻的特點：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：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)，確認數(shù)據(jù)表后，可進行簡單的比較。
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