穩壓、TVS二極管和壓敏電阻的區別是什么？

貼片壓敏電阻和TVS二極管可作為過(guò)電壓保護部件使用。這些產(chǎn)品的結構和制造方法完全不同，但作為靜電保護器件卻具有相似的性質(zhì)。由此，雖然在電路上都可以使用，但也存在不能使用貼片壓敏電阻的情況。的確，由于其歷史背景，產(chǎn)品目錄和數據表中記載的不同項目很多，難以像電容器和其他通用部件那樣，僅靠紙上記載的規格進(jìn)行特性的比較。因此，在本報道中，將明確壓敏電阻和二極管的不同之處，并介紹可以進(jìn)行二極管和壓敏電阻比較的數據。

1968年開(kāi)發(fā)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(chǎn)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(jìn)行比較。在A(yíng)utomotive Electronics Council（車(chē)載電子部件評議會(huì )）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(chǎn)品。主要采用下圖所示的積層結構，通過(guò)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(xiàn)

貼片壓敏電阻和TVS二極管的電阻值會(huì )隨施加電壓的變化而改變。貼片壓敏電阻可以進(jìn)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。

圖4 I-V曲線(xiàn)

對施加過(guò)電壓的反應速度

從盤(pán)型壓敏電阻等初期的壓敏電阻時(shí)的記憶中，壓敏電阻的反應速度慢，經(jīng)常聽(tīng)到這樣的話(huà)。但是，如下圖所示，貼片壓敏電阻和TVS二極管對施加過(guò)電壓的反應速度一樣。施加IEC61000-4-2 HBM +8kV后，在1ns以?xún)冗_到峰值，400ns后施加在保護部件上的電壓值幾乎為0。

圖5 對施加過(guò)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(guò)增加內部電極的層數，增加靜電容量。用EIA0805以下的尺寸進(jìn)行比較時(shí)，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(lián)放入MLCC的線(xiàn)路中，也有可以用單個(gè)貼片壓敏電阻應對的情況。

圖6 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(shí)動(dòng)作相同。由于在各數據表中記載了它們各自的動(dòng)作，所以可以與TVS二極管進(jìn)行比較。

圖7 其他特性

為了保護CAN Tranceiver，在控制器區域網(wǎng)絡(luò )(CAN)中使用靜電保護部件。在此介紹在CAN線(xiàn)上選定靜電保護部件時(shí)的要點(diǎn)。

最大允許電路電壓

在控制器區域網(wǎng)絡(luò )(CAN)串行總線(xiàn)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(tài)。顯性時(shí)，在CANH線(xiàn)上施加3.5V左右的電壓，靜電保護部件在此電壓時(shí)必須作為絕緣體發(fā)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(lài)性，還需要考慮實(shí)際使用時(shí)的溫度環(huán)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(zhù)高溫的升高，漏電流會(huì )變大，但設計時(shí)使之低于50uA。

圖8 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(lián)插入的靜電保護部件不能妨礙這種通信。1Mbps(=0.5 MHz)時(shí)，必須選擇插入損耗小的產(chǎn)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(huì )影響任何產(chǎn)品的通信。

圖9 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(chē)載CAN Tranceiver的ESD耐量。

表1 ESD Durabitily of CAN Tranceiver for each IC

從這個(gè)表可以看出，如果在CAN Tranceiver施加4kV以上的電壓，可能會(huì )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(guò)CAN Tranceiver。

圖10 TLP數據

如果不使用靜電保護部件，4kV的靜電會(huì )導致8A電流流向CAN Tranceiver，CAN Tranceiver會(huì )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11 TLP數據

因此，因施加ESD產(chǎn)生的大部分電流流向保護元件，可保護CAN Tranceiver。通過(guò)TLP數據，可以在設計時(shí)使用模擬的方式來(lái)確認流向CAN Tranceiver的電流。這一次，舉了一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，如果知道其他電子部件的特性值，可以在實(shí)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(chǎn)品的ESD耐量可以通過(guò)數據表確認。