穩壓、TVS二極管和壓敏電阻的區別

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1968年開發的氧化鋅壓敏電阻用于保護二極管免受雷擊。另一方面，二極管主要用于整流，其用途不同。因此，產品目錄和數據表中記載的不同項目很多，現在也難以單純地進行比較。在Automotive Electronics Council（車載電子部件評議會）制定的規格中，AEC-Q101適用于TVS二極管，AEC-Q200適用于壓敏電阻，其內容大不相同。

圖1 歷史

結構

貼片壓敏電阻是主要以氧化鋅為基礎的陶瓷半導體產品。主要采用下圖所示的積層結構，通過積層張數、層間的調整，可以控制擊穿電壓、靜電容量。而TVS二極管是P型半導體和N型半導體結合而構成的，是硅基ESD防護器件。在二極管中，也有使用Au絲等的情況。

圖2 貼片壓敏電阻

圖3 TVS二極管

I-V曲線

貼片壓敏電阻和TVS二極管的電阻值會隨施加電壓的變化而改變。貼片壓敏電阻可以進行雙向靜電保護。TVS二極管以前大多是有方向性的，但最近雙向的TVS二極管也增加了。但是，由于存在因方向性不同而不同的情況，所以需要注意。

對施加過電壓的反應速度

從盤型壓敏電阻等初期的壓敏電阻時的記憶中，壓敏電阻的反應速度慢，經常聽到這樣的話。但是，如下圖所示，貼片壓敏電阻和TVS二極管對施加過電壓的反應速度一樣。施加IEC61000-4-2 HBM +8kV后，在1ns以內達到峰值，400ns后施加在保護部件上的電壓值幾乎為0。

圖4 對施加過電壓的反應速度

靜電容量

壓敏電阻和TVS二極管的靜電容量幅度大不相同。由于貼片壓敏電阻采用積層結構，所以可以通過增加內部電極的層數，增加靜電容量。用EIA0805以下的尺寸進行比較時，如下圖所示，靜電容量的最大值有近100倍的差距。因此，在必須并聯放入MLCC的線路中，也有可以用單個貼片壓敏電阻應對的情況。

圖5 靜電容量

其他特性

其他的溫度特性和插入損耗等，雖然貼片壓敏電阻和TVS二極管有一些不同，但在用相同規格比較時動作相同。由于在各數據表中記載了它們各自的動作，所以可以與TVS二極管進行比較。

圖6 其他特性

為了保護CAN Tranceiver，在控制器區域網絡(CAN)中使用靜電保護部件。在此介紹在CAN線上選定靜電保護部件時的要點。

最大允許電路電壓

在控制器區域網絡(CAN)串行總線拓撲結構中，使用CANH、CANL信號后，可獲得顯性(dominant)和隱性(Recessive)的電平狀態。顯性時，在CANH線上施加3.5V左右的電壓，靜電保護部件在此電壓時必須作為絕緣體發揮作用。因此，在這次的情況下，需要選擇最大允許電路電壓為3.5V以上的靜電保護部件。

此外，靜電保護部件的漏電流具有溫度依賴性，還需要考慮實際使用時的溫度環境。下圖是典型的貼片壓敏電阻和TVS二極管的漏電流溫度特性。隨著高溫的升高，漏電流會變大，但設計時使之低于50uA。

圖7 漏電流溫度特性

靜電容量

CAN的最大通信速度為1Mbps，電路中并聯插入的靜電保護部件不能妨礙這種通信。1Mbps(=0.5 MHz)時，必須選擇插入損耗小的產品。下圖表明，可用于CAN通信的貼片壓敏電阻和TVS二極管的插入損耗不會影響任何產品的通信。

圖8 貼片壓敏電阻和TVS二極管的插入損耗

浪涌保護能力

靜電保護部件用于保護成套使用的IC和外圍器件。例如，下面是用于車載CAN Tranceiver的ESD耐量。

表1 ESD Durabitily of CAN Tranceiver for each IC

從這個表可以看出，如果在CAN Tranceiver施加4kV以上的電壓，可能會損壞。此外，以下TLP數據表明，在相當于ESD 4kV的測試中，相當于8A的電流流過CAN Tranceiver。

圖9 TLP數據

如果不使用靜電保護部件，4kV的靜電會導致8A電流流向CAN Tranceiver，CAN Tranceiver會損壞。另一方面，從以下圖可知，由于施加電壓，壓敏電阻、TVS二極管的電阻值急劇下降到2Ω以下。

圖10 TLP數據

因此，因施加ESD產生的大部分電流流向保護元件，可保護CAN Tranceiver。通過TLP數據，可以在設計時使用模擬的方式來確認流向CAN Tranceiver的電流。這一次，舉了一個簡單的例子，如果知道其他電子部件的特性值，可以在實際測試之前確認ESD耐量。

ESD耐量

在許多情況下，需要成套部件的ESD耐量，也要求靜電保護元件具有的性能。產品的ESD耐量可以通過數據表確認。