几种ESD器件的特性及选型原则

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1、ESD 器件ESD 器件概述ESD 保护元件的作用是转移来自敏感元件的 ESD 应力，使电流流过保护元件而非敏感元件，同时维持敏感元件上的低电压；ESD 保护元件还应具有低泄漏和低电容特性，不会降低电路功能；不会对高速信号造成损害，在多重应力作用下保护元件的功能不会下降。瞬态电压抑制器(TVS)、压敏电阻和聚合物是近几年发展起来的几种专用 ESD 保护元件。其中前两种元件均采用电压钳位的方式进行保护，采用带导电粒子的聚合物则是采用消弧(crowbar)保护策略。压敏电阻和聚合物支持双向保护，但 TVS 可支持单向或双向保护。传统的压敏电阻虽然在成本上具有一定优势，但它存在的一个最大问题是体积太

2、大，无法满足手持设备的封装要求。事实上，与压敏电阻相比，基于硅材料的 TVS 和聚合物材料 ESD具有更好的钳制性能、更低的泄漏和更长的使用寿命。 高分子聚合物和 TVS 在多重应力下仍然可保持强大的性能，而压敏电阻则会随着使用次数的增多性能下降。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，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。“TVS 技术的原理就好像传统的打太极，可以轻松释放掉能量而不是直接与之对抗”。这样做的好处是器件不会受到损害，基本上没有寿命限制。从现场展示的 TVS 与压敏

3、电阻的钳制电压曲线来看，TVS 器件可以在极短时间内将输入的大电压钳制到 5 至 6 伏的水平，而压敏电阻的曲线则下降得非常缓慢，并且无法达到TVS 器件的效果。这表明 TVS 器件在响应时间和钳制性能方面均优于压敏电阻。几种 ESD 器件的比较1、普通二极管，只能起到箝制电压的作用，不能响应高达几百兆频率的 ESD 脉冲。2、压敏电阻/热敏电阻/PTC，压敏电阻抗一次 ESD 脉冲后特性就会改变，而ESD 保护器件抗几万次也不会改变特性。3、压敏电阻能承受更大的浪涌电流，而且其体积越大所能承受的浪涌电流越大，最大可达几十 kA 到上百 kA；但压敏电阻的非线性特性较差，大电流时限制电压较高，

4、低电压时漏电流较大。4、TVS 管的非线性特性和稳压管一样，击穿前漏电流很小，击穿后是标准的稳压特性，比起压敏电阻来 TVS 管最大箝位电压偏离击穿电压较小，优于压敏电阻，但通流能力比压敏电阻较小。5、从反应速度来看，TVS 管的反应速度很快，为 ps 级，而压敏电阻反应速度较慢，为 ns 级。另外，两者的电容都较大（TVS 管也有低电容产品）。 6、TVS 管的可靠性高，不易劣化，使用寿命长。而压敏电阻的可靠性较差，易老化，使用寿命较短ESD TVS抗击能量 小 大抗击电压 10KV 更高 4KV响应时间 极快 稍慢抑制脉冲 极高速 中高速对线路的容性影响 极低 一般对高速通信的影响 极低

5、高线路中可使用数量 多个 少量应用场合 抑制静电放电（ESD）脉冲用于防雷击或开关电时产生的浪涌瞬态抑制二极管概述：瞬态抑制二极管简称 TVS (Transient Voltage Suppressor )，TVS的电气特性由 P-N 结面积，参杂浓度及晶片阻质决定的。其耐突波电流的能力与其 P-N 结面积成正比。特点：反映速度快(为 pS 级)，体积小，箝位电压低，可靠性高。10/1000s 波脉冲功率从 400W30000W，脉冲峰值电流从几安几百安。常用的 TVS 管的击穿电压有从 5V 到 550V 的系列值。且可靠性高，在 TVS 管规范之工作范围内，性能可靠，不易劣化，使用寿命长。

6、TVS 的选型最大箝位电压 VC 要小于电路允许的最大安全电压。截止电压 VRWM 大于电路的最大工作电压，一般可以选择 VRWM 等或者略大于电路的最大工作电压。额定的最大脉冲功率（TVS 参数中给出） PM 要大于最大瞬态浪涌功率。TVS 的特性TVS 使用指南1、TVS 管使用时一般并联在被保护电路上。为了限制流过 TVS 管的电流不超过管子允许通过的峰值电流 IPP，应在线路串联加限流元件，如电阻、自恢复保险丝、电感等。2、击穿电压 VBR 的选择：TVS 管的击穿电压应根据线路最高工作电压 US 按公式：VBRmin1.2US 或 VRWM 1.1US 选择。3、脉冲峰值电流 IPP

7、 的选择：当 TVS 管单独使用时，要根据线路上可能出现的最大浪涌电流来选择合适的型号。当 TVS 管在放电管后作为第二级保护时，一般用 500W600W 的就可以了。4、用于信号传输电路保护时，一定要注意所传输信号的频率或传输速率。当信号频率或传输速率较高时,应选用低电容系列的管子：信号频率（传输速率）10MHz（Mb/s），Cj60pF； 信号频率（传输速率）100 MHz（Mb/s），Cj20pF。当低电容系列仍满足不了要求时，就应把 TVS 管串联到高速二极管组成的桥路中。MOV 压敏电阻 压 敏 电 阻 的 响 应 时 间 为 ns 级 ， 比 空 气 放 电 管 快 ， 比 TVS

8、 管 稍 慢 一 些 ，一 般 情 况 下 用 于 电 子 电 路 的 过 电 压 保 护 其 响 应 速 度 可 以 满 足 要 求 。 压 敏 电阻 的 结 电 容 一 般 在 几 百 到 几 千 Pf 的 数 量 级 范 围 ， 很 多 情 况 下 不 宜 直 接 应 用在 高 频 信 号 线 路 的 保 护 中 ， 应 用 在 交 流 电 路 的 保 护 中 时 ， 因 为 其 结 电 容 较 大会 增 加 漏 电 流 ， 在 设 计 防 护 电 路 时 需 要 充 分 考 虑 。 压 敏 电 阻 的 通 流 容 量 较 大 ，但 比 气 体 放 电 管 小 。压 敏 电 阻 有 什

9、么 用 ？ 压 敏 电 阻 的 最 大 特 点 是 当 加 在 它 上 面 的 电 压 低 于它 的 阈 值 UN时 ， 流 过 它 的 电 流 极 小 ， 相 当 于 一 只 关 死 的 阀 门 ， 当 电 压 超 过UN 时 ， 它 的 阻 值 变 小 ， 这 样 就 使 得 流 过 它 的 电 流 激 增 而 对 其 他 电 路 的 影 响 变化 不 大 从 而 减 小 过 电 压 对 后 续 敏 感 电 路 的 影 响 。 利 用 这 一 功 能 ， 可 以 抑 制电 路 中 经 常 出 现 的 异 常 过 电 压 ， 保 护 电 路 免 受 过 电 压 的 损 害 。 分 类浪 涌

10、抑 制 型 ： 是 指 用 于 抑 制 雷 电 过 电 压 和 操 作 过 电 压 等 瞬 态 过 电 压 的 压敏 电 阻 器 ， 这 种 瞬 态 过 电 压 的 出 现 是 随 机 的 ， 非 周 期 的 ， 电 流 电 压 的 峰 值 可能 很 大 。 绝 大 多 数 压 敏 电 阻 器 都 属 于 这 一 类 。 高 功 率 型 ： 是 指 用 于 吸 收 周 期 出 现 的 连 续 脉 冲 群 的 压 敏 电 阻 器 ， 例 如 并接 在 开 关 电 源 变 换 器 上 的 压 敏 电 阻 ， 这 里 冲 击 电 压 周 期 出 现 ， 且 周 期 可 知 ，能 量 值 一 般 可

11、以 计 算 出 来 ， 电 压 的 峰 值 并 不 大 ， 但 因 出 现 频 率 高 ， 其 平 均 功率 相 当 大 。 高 能 型 ： 指 用 于 吸 收 发 电 机 励 磁 线 圈 ， 起 重 电 磁 铁 线 圈 等 大 型 电 感 线 圈中 的 磁 能 的 压 敏 电 压 器 ， 对 这 类 应 用 ， 主 要 技 术 指 标 是 能 量 吸 收 能 力 。4. 压 敏 电 阻 的 基 本 参 数1 标 称 压 敏 电 压 (V)： 指 通 过 规 定 持 续 时 间 的 脉 冲 电 流 （ 一 般 为 1mA 持 续 时 间 一 般 小 于 400mS） 时 压 敏 电 阻 器 两

12、 端 的 电 压 值 。 (一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC，式中，Vp 为电路额定电压的峰值。VAC 为额定交流电压的有效值)2 电 压 比 ： 指 压 敏 电 阻 器 的 电 流 为 1mA 时 产 生 的 电 压 值 与 压 敏 电 阻 器的 电 流 为 0.1mA 时 产 生 的 电 压 值 之 比 。 3 最 大 限 制 电 压 (V)： 在 压 敏 能 承 受 的 最 大 脉 冲 峰 值 电 流 Ip 及 规 定波 形 下 压 敏 电 阻 两 端 电 压 峰 值 。4 残 压 比 ： 通 过 压 敏 电 阻 器 的 电 流 为 某 一 值 时 ， 在 它 两 端 所 产 生

13、的 电压 称 为 这 一 电 流 值 的 残 压 。 残 压 比 则 是 残 压 与 标 称 电 压 之 比 。 5 通 流 容 量 (kA)： 通 流 容 量 也 称 通 流 量 ， 是 指 在 规 定 的 条 件 （ 规 定 的时 间 间 隔 和 次 数 ， 施 加 标 准 的 冲 击 电 流 ） 下 ， 允 许 通 过 压 敏 电 阻 器 上 的 最 大脉 冲 （ 峰 值 ） 电 流 值 。 6 漏 电 流 (mA)： 漏 电 流 也 称 等 待 电 流 ， 是 指 压 敏 电 阻 器 在 规 定 的 温 度和 最 大 直 流 电 压 下 ， 流 过 压 敏 电 阻 器 电 流 。 7

14、电 压 温 度 系 数 ： 指 在 规 定 的 温 度 范 围 （ 温 度 为 20 70 ） 内 ，压 敏 电 阻 器 标 称 电 压 的 变 化 率 ， 即 在 通 过 压 敏 电 阻 器 的 电 流 保 持 恒 定 时 ， 温度 改 变 1 时 ， 压 敏 电 阻 器 两 端 电 压 的 相 对 变 化 。 8 电 流 温 度 系 数 ： 指 在 压 敏 电 阻 器 的 两 端 电 压 保 持 恒 定 时 ， 温 度 改 变1 时 ， 流 过 压 敏 电 阻 器 电 流 的 相 对 变 化 。 9 电 压 非 线 性 系 数 ： 指 压 敏 电 阻 器 在 给 定 的 外 加 电 压 作

15、 用 下 ， 其 静态 电 阻 值 与 动 态 电 阻 值 之 比 。 10 绝 缘 电 阻 ： 指 压 敏 电 阻 器 的 引 出 线 （ 引 脚 ） 与 电 阻 体 绝 缘 表 面 之间 的 电 阻 值 。 11 静 态 电 容 量 （ PF） ： 指 压 敏 电 阻 器 本 身 固 有 的 电 容 容 量 。 12 .额 定 功 率 ： 在 特 定 的 环 境 温 度 85 下 工 作 1000 小 时 ， 使 压 敏 电 压变 化 小 于 10%的 最 大 功 率 。 13 .最 大 冲 击 电 流 (8/20us):以 特 定 的 脉 冲 电 流 (8/20us 波 形 )冲 击压

16、敏 电 阻 器 一 次 或 两 次 （ 每 次 间 隔 5 分 钟 ） ， 使 的 压 敏 电 压 变 化 仍在 10%以 内 的 最 大 冲 击 电 流 。ESDESD 保护器件具有如下优秀特性。 非常低的箝位电压； 非常出色的 ESD 防护能力，高达 30KV； 完全符合 IEC61000-4-2， Level 4 标准和 HBM MIL-Std 883，class 3 认证； 非常低的结电容，低至 1pF； 超低的漏电流，远小于 1A； 快速的响应时间，远小于 1ns； 无铅超小封装。表 Error! No text of specified style in document.1 ESD 器件关键参数表符号 中文名称 解释VC 箝位电压 脉冲电压通过 ESD 器件后，所达到的电压值VRWM 反向关断电压 应大于或等于被保护线路的操作电压IRVRWM 反向漏电流 应小于电路允许的最大漏电流PPP