【2017年整理】ESD防护原理.doc

ESD器件防护原理 这里介绍比较常用的TVS管和压敏电阻。 ESD器件的主要性能参数 1、最大工作电压 允许长期连续施加在ESD保护器件两端的电压(有效值)，在此工作状态下ESD器件不导通，保持高阻状态，反向漏电流很小。 2、击穿电压 ESD器件开始动作(导通)的电压。一般地，TVS管动作电压比压敏电阻低。 3、钳位电压 ESD器件流过峰值电流时，其两端呈现的电压，超过此电压，可能造成ESD永久性损伤。 4、漏电流TVS技术利用的是半导体的钳位原理，在经受瞬时高压时，会立即将能量释放出去基本上没有寿命限制而压敏电阻采用的是物理吸收原理，因此每经过一次ESD事件，材料就会受到一定的物理损伤，形成无法恢复的漏电通道会随着使用次数的增多性能下降瞬态抑制二极管简称TVS，是一种二极管形式的高效能保护器件 TVS管有单向双向单向TVS管的特性与稳压二极管相似，双向TVS管的特性相当于两个稳压二极管反向串联反向断态电压(截止电压) VRWM与反向漏电流IR：反向断态电压(截止电压)VRWM表示TVS管不导通的最高电压，在这个电压下只有很小的反向漏电流IR。击穿电压VBR：TVS管通过规定的测试电流IT时的电压，这是表示TVS管导通的标志电压脉冲峰值电流IPP：TVS管允许通过的10/1000μ波的最大峰值电流（8/20μs波的峰值电流约为其5倍左右8/20μs是定义IPP脉冲波电流，请参考下图2），超过这个电流值就可能造成永久性损坏。在同一个系列中，击穿电压越高的管子允许通过的峰值电流越小最大箝位电压VC：TVS管流过脉冲峰值电流IPP时两端所呈现的电压 图1 TVS管I-V曲线特性图 图2 图4 1090074 的电气特性 压敏电阻(MLV/MOV) 多层压敏电阻(MLV)及金属氧化物压敏电阻(MOV)利用ZnO等压敏陶瓷材料的压敏特性，实现了对静电的防护，压敏电阻器的电阻体材料是半导体，当施加于压敏电阻器两端电压小于其压敏电压，压敏电阻器相当于10MΩ以上绝缘电阻；当在压敏电阻器两端施加大于压敏电压的过电压时，压敏电阻器的电阻急剧下降呈现低阻态，从而把电荷快速导走，有效地保护了电路中的其它元器件不致过压而损坏压敏电阻采用的是物理吸收原理，因此每经过一次ESD事件，材料就会受到一定的物理损伤，形成无法恢复的漏电通道会随着使用次数的增多性能下降 压敏电阻支持双向保护 图5 ZnO等压敏陶瓷材料的压敏电阻I-V曲线特性图 TVS管和压敏电阻应用场合 通过对TVS管和压敏电阻的性能对比，根据各自的优点，适合应用场合列下： 与压敏电阻比较，TVS管具有响应时间快、钳位电压偏差小、结电容小、反向漏电流小和无寿命限制等优点，因而较适合于信号质量要求高、线漏电要求小等接口的ESD防护，比如高速数据信号传输线、时钟线等。 与TVS管比较，压敏电阻的击穿电压VBR和箝位电压 I V IR 双向TVS管 IT IPP VRWM Vc VBR 单向TVS管 I IF VF IR IT IPP VRWM Vc VBR I IL VW V 1mA VBR IPP VC ① 预击穿区(V≤VBR)：在此区域内，当施加于压敏电阻器两端电压小于其压敏电压，压敏电阻器相当于10MΩ以上绝缘电阻。 ② 击穿区(VBR＜V≤VC)：当在压敏电阻器两端施加大于压敏电压的过电压时，压敏电阻器的电阻急剧下降呈现低阻态，其两端电压的微小变化就可引起电流的急剧变化。 ③ 上升区(VC＜V)：当过电压很大，上升区电流和电压几乎呈线性关系，压敏电阻在该区域已经恶化，失去了其抑制过电压、吸收或释放浪涌能量等特性，甚至造成压敏电阻永久性的损坏。