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貼片壓敏電阻ESD防護(hù)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(hào)線的直流工作電壓(Vn),即Vdc≥Vn?! ?、電容Cp (Capacitance): 對(duì)于高頻率傳輸信號(hào),電容Cp應(yīng)小些,反之亦然。如在USB3.0、HDMI 接口使用小于1pF壓敏電阻。
3、內(nèi)阻匹配(Resistance Match): 被保護(hù)元器件(線路)內(nèi)阻R(R ≥ 2Ω)與壓敏電阻瞬態(tài)內(nèi)阻Rv關(guān)系:R ≥5 Rv;對(duì)于內(nèi)阻較小的被保護(hù)元器件,在不影響信號(hào)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(shè)計(jì)(Ground Design): 良好的接地。
貼片壓敏電阻與TVS管的ESD應(yīng)用誤區(qū)(推薦閱讀:壓敏電阻(MLV/MOV)的防護(hù)原理,TVS管和壓敏電阻應(yīng)用)
氧化鋅壓敏電阻器與TVS管都是ESD防護(hù)常用的器件,對(duì)提升整機(jī)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(dǎo)電機(jī)理及結(jié)構(gòu)各有差異,因此在具體應(yīng)用表現(xiàn)也不盡相同。將兩者特性進(jìn)行比較,如表2所示。
表2. 片式壓敏電阻與TVS管對(duì)比
通過(guò)對(duì)比表,可以看出貼片壓敏電阻優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在成本低,響應(yīng)時(shí)間快,優(yōu)良的溫度特性以及更強(qiáng)的吸收能量能力,因此壓敏電阻更適合較大瞬態(tài)能量的部位過(guò)壓防護(hù),且價(jià)格有優(yōu)勢(shì)。而TVS存在價(jià)格稍高,溫度特性從25℃衰減問(wèn)題,但鉗位電壓低,響應(yīng)速度快,使其在需要精細(xì)保護(hù)的電路的場(chǎng)合更為合適。
目前,最常見(jiàn)的選型誤區(qū),集中體現(xiàn)在響應(yīng)時(shí)間和能量吸收能力兩方面,接下來(lái)著重對(duì)其進(jìn)行分析闡述,從而使讀者更好的認(rèn)識(shí)壓敏電阻和TVS管。(推薦閱讀:自恢復(fù)保險(xiǎn)絲型號(hào)大全【完整版】)
1、響應(yīng)時(shí)間
過(guò)電壓保護(hù)元件響應(yīng)時(shí)間是由元件材料及結(jié)構(gòu)決定的,當(dāng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中存在寄生電感、電容時(shí),除對(duì)保護(hù)元件響應(yīng)時(shí)間影響外,還會(huì)影響過(guò)電壓產(chǎn)生瞬間線路的振蕩過(guò)程。
目前很多設(shè)計(jì)人員的意識(shí)里存在壓敏電阻響應(yīng)時(shí)間比TVS慢的誤區(qū),器件的響應(yīng)時(shí)間一般由材料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)決定。
氧化鋅壓敏陶瓷導(dǎo)電機(jī)理是隧道擊穿,所以其材料響應(yīng)時(shí)間就是其隧道電子擊穿時(shí)間,一般為0.3ns。TVS管導(dǎo)電機(jī)理是雪崩擊穿,其響應(yīng)時(shí)間就是其雪崩電子擊穿時(shí)間,一般在0.5~1ns之間。
片式氧化鋅壓敏電阻器采用多層獨(dú)石結(jié)構(gòu),其寄生電感非常小,對(duì)其響應(yīng)時(shí)間影響甚微,有些設(shè)計(jì)人員談到的壓敏電阻響應(yīng)時(shí)間慢主要指用于AC端防浪涌的插件壓敏電阻,因?yàn)檩^長(zhǎng)的引線引入寄生的電感導(dǎo)致響應(yīng)時(shí)間較慢(25ns)。而TVS管為了SMT要求,在其兩端設(shè)計(jì)電極引線,也會(huì)產(chǎn)生寄生電感,對(duì)其響應(yīng)時(shí)間有一定影響。
2、能量耗散對(duì)比以及對(duì)應(yīng)用表現(xiàn)的影響
當(dāng)片式TVS管兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時(shí),它能以納秒級(jí)時(shí)間使其PN結(jié)阻抗驟然降低,將其兩端間的電壓箝位在一個(gè)預(yù)定的數(shù)值上,從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。由于TVS管內(nèi)部?jī)H是雪崩PN結(jié)結(jié)構(gòu),在導(dǎo)通時(shí)TVS兩端呈現(xiàn)導(dǎo)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(yīng)用于耐ESD電壓特別差或者被保護(hù)部位阻抗特別小的部位(如聽(tīng)筒,MIC,音頻等)。但TVS無(wú)法吸收瞬間脈沖能量,只能將能量單方向傳導(dǎo)至線路的公用地線上,有可能對(duì)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(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)是無(wú)數(shù)個(gè)PN結(jié)和晶粒的串并聯(lián)結(jié)合體,可以吸收和傳導(dǎo)能量,當(dāng)線路中產(chǎn)生任何過(guò)電壓時(shí),壓敏電阻器迅速?gòu)恼讱W級(jí)絕緣電阻變?yōu)闅W姆級(jí)的電阻,將過(guò)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(qiáng),并且能防止ESD造成的瞬態(tài)EMI和二次破壞。
貼片壓敏電阻應(yīng)用注意事項(xiàng)
1、發(fā)生問(wèn)題:不讀卡
2、發(fā)生問(wèn)題:視頻端輸出不良
3、發(fā)生問(wèn)題:壓敏電阻短路