ESD器件防护原理.docx
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ESD 器件防护原理一、 ESD 器件的主要性能参数 2二、 TVS 管(硅半导体 )2三、 压敏电阻 (MLV/MOV) 3四、 TVS 管和压敏电阻应用场合 4ESD 器件防护原理这里介绍中比较常用的 TVS 管和压敏电阻ESD 器件的主要性能参数1 、 最大工作电压 （ Max Working Voltage ）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 （ Breakdown Voltage ）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 （ Clamping Voltage ）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 （ Leakage Current ）在指定的直流电压（ 一般指不超过最大工作电压） 的作用下，流过ESD 器件的电流一般地， TVS 管的反向漏电流是nA级，压敏电阻漏电流是 P A级，此电流越小，对保护电路影响越小5 、 电容 （ Capacitance ）在给定电压、频率条件下测得的值，此值越小，对保护电路的信号传输影响越小。
比如硅半导体TVS 管的结电容 （ pF 级 ） ，压敏电阻的寄生电容（ nF 级 ）6 、 响应时间 （ Response Time ）指ESD器件对输入的大电压钳制到预定电压的时间一般地，TVS管的响应时间是 ns级，压敏电阻是 P s级，此时间越小，更能有效的保护电路中元器件7 、 寿命 （ ESD Pulse Withstanding ）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，存在寿命限制TVS 管 （ 硅半导体 ）P-N瞬态抑制二极管（ Transient Voltage Suppressor ）简称 TVS, 是一种二极管形式的高效能保护器件，利用结的反向击穿工作原理，将静电的高压脉冲导入地，从而保护了电器内部对静电敏感的元件以瞬时电压超过电路正常工作电压后，TVS 二极管为例：当TVS 二极管便发生雪崩，提供给瞬时电流一个超低电阻通路，其结果是瞬时电流通过二极管被引开，避开被保护器件，并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。
当瞬时脉冲结束以后,TVS 二极管自动回复高阻状态，整个回路进入正常电压TVS 管的失效模式主要是短路，但当通过的过电流太大TVS 管被炸裂而开路TVS 管有单向和双向两种，单向 TVS 管的特性与稳压二极管相似，双向I-V 曲线特性图见图 1 ，图中性能参数注解：TVS 管的特性相当于两个稳压二极管反向① 反向断态电压 （ 截止电压 ） VRWM 与反向漏电流I R ：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I R② 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③ 脉冲峰值电流 Ipp： TVS 管允许通过的 10/1000P s波的最大峰值电流（8/20 P s波的峰值电流约为其倍左右，8/20 P s是定义I pp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④ 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⑤ 正向导通电压除上述性能参数外，VF： TVS 通过正向导通电流I F 的压降。
TVS 管还有一个关键参数： p-N 结电容 C B3 1 TVS管IW曲线特性图Fig 1. 8/20 yis pulse waveform according toIEC 61000-4 5Fig 2. ESD pul ? waveform jccording to IEC 61000A2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V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 10M Q 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，存在寿命限制问题压敏电阻支持双向保护，它的伏安特性是完全对称的，见图 5 ， VW ：正常工作电压( Working Voltage) 。
lL: 最大Vw 工作条件下的漏电电流( Leakage Current) 压敏电阻的失效模式主要是短路，但当通过的过电流太大时，也可能造成阀片 被炸裂而开路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10MQ以上绝缘电阻② 击穿区（Vbr< V 3、对于两者都适合的场合，考虑价格因素，选用压敏电阻。
