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貼片壓敏電阻ESD防護選型方法
1、最大直流工作電壓(Vdc): 壓敏電阻器的最大直流工作電壓必須大于信號線的直流工作電壓(Vn),即Vdc≥Vn。 2、電容Cp (Capacitance): 對于高頻率傳輸信號,電容Cp應小些,反之亦然。如在USB3.0、HDMI 接口使用小于1pF壓敏電阻。
3、內阻匹配(Resistance Match): 被保護元器件(線路)內阻R(R ≥ 2Ω)與壓敏電阻瞬態內阻Rv關系:R ≥5 Rv;對于內阻較小的被保護元器件,在不影響信號傳輸速率的情況下,盡量采用大電容壓敏電阻。
4、放置位置(Layout): 接近ESD源,即離接口部位越近越好。
5、接地設計(Ground Design): 良好的接地。
貼片壓敏電阻與TVS管的ESD應用誤區(推薦閱讀:壓敏電阻(MLV/MOV)的防護原理,TVS管和壓敏電阻應用)
氧化鋅壓敏電阻器與TVS管都是ESD防護常用的器件,對提升整機的ESD性能有非常重要的作用。但是氧化鋅壓敏電阻器與TVS管的導電機理及結構各有差異,因此在具體應用表現也不盡相同。將兩者特性進行比較,如表2所示。
表2. 片式壓敏電阻與TVS管對比
通過對比表,可以看出貼片壓敏電阻優勢主要體現在成本低,響應時間快,優良的溫度特性以及更強的吸收能量能力,因此壓敏電阻更適合較大瞬態能量的部位過壓防護,且價格有優勢。而TVS存在價格稍高,溫度特性從25℃衰減問題,但鉗位電壓低,響應速度快,使其在需要精細保護的電路的場合更為合適。
目前,最常見的選型誤區,集中體現在響應時間和能量吸收能力兩方面,接下來著重對其進行分析闡述,從而使讀者更好的認識壓敏電阻和TVS管。(推薦閱讀:自恢復保險絲型號大全【完整版】)
1、響應時間
過電壓保護元件響應時間是由元件材料及結構決定的,當產品結構中存在寄生電感、電容時,除對保護元件響應時間影響外,還會影響過電壓產生瞬間線路的振蕩過程。
目前很多設計人員的意識里存在壓敏電阻響應時間比TVS慢的誤區,器件的響應時間一般由材料和產品結構決定。
氧化鋅壓敏陶瓷導電機理是隧道擊穿,所以其材料響應時間就是其隧道電子擊穿時間,一般為0.3ns。TVS管導電機理是雪崩擊穿,其響應時間就是其雪崩電子擊穿時間,一般在0.5~1ns之間。
片式氧化鋅壓敏電阻器采用多層獨石結構,其寄生電感非常小,對其響應時間影響甚微,有些設計人員談到的壓敏電阻響應時間慢主要指用于AC端防浪涌的插件壓敏電阻,因為較長的引線引入寄生的電感導致響應時間較慢(25ns)。而TVS管為了SMT要求,在其兩端設計電極引線,也會產生寄生電感,對其響應時間有一定影響。
2、能量耗散對比以及對應用表現的影響
當片式TVS管兩端經受瞬間的高能量沖擊時,它能以納秒級時間使其PN結阻抗驟然降低,將其兩端間的電壓箝位在一個預定的數值上,從而確保后面的電路元件免受瞬態高能量的沖擊而損壞。由于TVS管內部僅是雪崩PN結結構,在導通時TVS兩端呈現導體低阻值特性,從而限制電壓較壓敏電阻更低,在TVS上支路上的通流更大,該特性適合應用于耐ESD電壓特別差或者被保護部位阻抗特別小的部位(如聽筒,MIC,音頻等)。但TVS無法吸收瞬間脈沖能量,只能將能量單方向傳導至線路的公用地線上,有可能對連接到該公共地的其他ESD敏感器件造成二次破壞。
壓敏電阻內部微觀結構是無數個PN結和晶粒的串并聯結合體,可以吸收和傳導能量,當線路中產生任何過電壓時,壓敏電阻器迅速從兆歐級絕緣電阻變為歐姆級的電阻,將過電壓抑制到較低的水平并吸收部分能量,因此壓敏電阻的吸收能量的能力比TVS管要強,并且能防止ESD造成的瞬態EMI和二次破壞。
貼片壓敏電阻應用注意事項
1、發生問題:不讀卡
2、發生問題:視頻端輸出不良
3、發生問題:壓敏電阻短路