ESD(Electro-Static discharge)的意思是“静电释放”,ESD保护就是静电保护。ESD保护器件主要有4大类,TVS二极管、压敏电阻、积层贴片电容器(MLCC)、ESD抑制器,各个器件的应用场景也不太一样。

一、TVS、压敏电阻、MLCC、ESD抑制器使用区别

  对于4大类器件的使用区别主要是:
  1、对于MLCC,MLCC主要是靠电容量冲入ESD放电电流,电容量越大,ESD性能越好;高速信号中,电容大又会引起信号失真,电容量小ESD效果不佳,所以一般MLCC用在电源上或者是低速信号上。
  2、对于TVS,抗ESD性能不错,TVS一般是最常见也是最常用的抗ESD器件。TVS的极间电容可选择性大,小到1pF以下,大的到50-100pF,所以一般在高速,电源或者是低速电路中都可以使用,高速信号中选择极间电容小的TVS,比如USB信号上选择小于1pF的TVS,电源和低速信号,可以选择极间电容稍大的TVS,比如几十pF。
  3、对于ESD抑制器,内部电容量一般都是1pF以下,因为ESD抑制器的超低电容量,所以ESD抑制器的Vave特性比TVS好,Vpeak特性比TVS差。
  4、对于压敏电阻来说,价格比TVS低不少,抗ESD性能比TVS差。压敏电阻1pF以下电容较少,所以高速信号上使用会受限,因为内部电容量成分,一般压敏电阻的Vpeak特性比TVS好一点。

二、TVS介绍

2.1、TVS保护的原理

  其原理像稳压二极管,都是利用反向击穿稳定电压,但TVS管的响应速度要快于稳压管。当TVS管的受到反向瞬态高能量冲击时,它能以极高的速度(亚纳秒级)将两级间的阻抗变为低阻抗,从而具有很好的浪涌功率吸收能力,同时也能使两级之间的电压钳位在一个预定值,有效的保护电路后端元器件。

2.2、TVS参数的解读

  TVS工作的I-V特性曲线如下图:
在这里插入图片描述
  左边图是单向曲线,右边图是双向曲线。
  Vrm:指的是最大反向工作电压,也指关断电压。在最大的反向电流IR下,测试出的电压, 一般Vrwm是(0.8~0.9)*Vbr。关断电压需要大于等于电路正常工作电压,但是不能大太多,和Vbr也有关系,大太多,可能导致TVS不起作用。需要做到电路正常工作时,TVS不触发,在浪涌来时TVS才工作。
  It:最大反向漏电流。
  Vbr:指的是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,即从此点开始TVS进入雪崩击穿。
   Ipp:最大反向峰值脉冲电流。
  Vc:指在特定的Ipp电流时,浪涌经过TVS钳位住的电压。最大的钳位电压Vc要小于大于电路中最大的工作电压。
  TVS管还要关注极间电容的特性,如下图:
在这里插入图片描述

  C:指的是极间电容,如果TVS用在高速信号上,需要选择小的电容,高速信号,如USB,一般C选择小于1pF的,电源或者低速信号,一般几十pF左右。

2.3、TVS使用方法和注意事项

  1.TVS和被保护电路是并联关系;
  2.TVS需要靠近保护接口;
  3.TVS需要良好接地,TVS的地PAD多打地孔;
  4.根据电路的传输速率选择合适的极间电容;
  5.TVS的Vrwm和功率需要选择合适的参数;
  6.交流电路选择双向TVS,直流电路选择单向TVS,多路保护选择TVS阵列。(单向的低容值比双向的难做一些)

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