Tvs диод: обзор основных серий TVS-диодов от Littelfuse

Защитные TVS-диоды SMBJ способны поглощать энергию импульсов мощностью 600Вт

04.10.2018

автор Артур Панов

Защитные TVS-диоды серии SMBJ, выпускаемые разными производителями в стандартных корпусах DO-214AA (SMB) для поверхностного монтажа, являются полупроводниковыми приборами, служащими для ограничения напряжения на защищаемом участке электронной схемы до безопасных значений, поглощения и рассеивания энергии импульса помехи. Такие диоды, как однонаправленные, так и их двунаправленные версии, находят широкое применение в различных изделиях и считаются промышленным стандартом.

Несмотря на малые размеры корпуса диодов серии SMBJ, рассчитанного на 5 Вт постоянной нагрузки, они способны успешно рассеивать до 600 Вт пиковой мощности в течение 1 миллисекунды. Обратите внимание, что значение собственной емкости низковольтных диодов может достигать 3000 пФ, а для высоковольтных – 20 пФ. Двунаправленные версии имеют емкость примерно на 40 % меньше однонаправленных аналогов.

TVS-диоды SMBJ можно встретить входах-выходах источников питания, в схемах защиты телекоммуникационного оборудования, в барьерах искрозащиты и в блоках грозозащиты, а в приложениях, где не требуются малый температурный дрейф или разброс напряжений стабилизации, их допускается использовать в качестве мощных стабилитронов.

Отличительные особенности:

• Максимальное рабочее напряжение (VRWM): 5…495 В.
• Минимальное напряжение срабатывания (VBR): 6,4…522 В.
• Мощность рассеивания: 600 Вт (импульс 10/100 мс).
• Пиковый ток перегрузки: 43,5…0,5 А.
• Температурный диапазон: -55…+150 °C
• Корпус: DO-214AA (SMB).

Информация для заказа:

1. SMBJ – серия TVS-диодов (600 Вт) в корпусе SMB (DO-214AA)
2. 220 – значение рабочего напряжения, В
3. C – двунаправленный TVS-диод
4. A – точность рабочего напряжения, 5 %

Выбор устройств защиты: TVS-диоды против металл-оксидных варисторов

Идеальное защитное устройство ограничивает энергию, поступающую в защищаемую нагрузку до уровня, при котором нагрузка остается неповрежденной. Хорошие устройства защиты должны обладать малым ограничивающим (clamping) напряжением, низким током утечки, небольшим динамическим сопротивлением и высоким быстродействием. Очень важны и другие факторы, такие как срок службы, воспроизводимость, размер, занимаемый на плате, стоимость, надежность и наличие механизма безопасного сбоя (safe failure).

Для сравнения рассматриваемых устройств защиты и оценки переходных процессов при воздействии 15-кВ всплесков напряжения были проведены лабораторные тесты и корреляционное SPICE-моделирование. Во всех случаях в качестве нагрузки использовалось стандартное сопротивление 50 Ом. В ходе исследований высокочастотный отклик системы не определялся.

Разработчикам всегда следует помнить о разнице ESD-стандартов приборного (Device-Level) и системного (System-Level) уровней. Для определения предельных условий работы, которые способны выдерживать отдельные компоненты, использовались стандарты приборного уровня, такие как «Модель человеческого тела» (Human Body Model (HBM)), «Модель автомата» (Machine Model (MM)) и «Модель зарядного устройства» (Charged Device Model (CDM)). Для определения предельных условий работы всей системы применялись стандарты системного уровня — IEC61000-4-2 (см. рис.1). Даже при одном и том же напряжении выходные токи во всех случаях значительно отличались.

Например, при напряжении 10 кВ пиковый ток, полученный по модели HBM, оказался равным 6,67 А, в то время как по модели IEC61000-4-2 пиковое значение сигнала наблюдалось при 37,5 А. К тому же по модели HBM максимальный ток был отмечен через 10 нс, тогда как по модели IEC61000-4-2  — через 1 нс. Динамика процессов di/dt по двум моделям также сильно различалась. Необходимо понимать, что номинальные ESD-параметры устройства являются главными при выборе лучшего устройства защиты. В спецификации номинальных характеристик устройства производитель обычно указывает ESD-уровень, при котором гарантирована сохранность устройства даже без применения дополнительных мер. Такие спецификации определены для промышленного стандарта сигналов 8 мкс/20 мкс, никак не связанного с сигналами 1 нс/100 нс. Плюс к этому, промышленный стандарт по номинальным характеристикам устройств на 1 А не содержит никаких данных о работе системы при токе 56,25 А, пиковом токе при всплеске электростатического напряжения 15 кВ. Выбор лучшего защитного устройства обеспечит более надежную защиту нагрузки.

Принцип действия

Устройства защиты работают либо в обычном режиме, либо в режиме защиты. В обычном режиме (см. рис. 2) система не испытывает никаких внезапных всплесков тока или напряжения. Сигнальные линии свидетельствуют о том, что устройство «идеально защищено», т.е. цепь «идеальной защиты» остается разомкнутой, и через нее ток не течет. Любой ток, текущий в это время через цепь защиты, считается током утечки. Именно этот ток уменьшает продолжительность жизни батарей в портативных устройствах и искажает сигналы при защите линий связи, USB-портов, HDMI-линий, звуковых каналов и т.д. Пока ток утечки достаточно мал, это, как правило, сказывается только на работе блоков питания и на количестве потребляемой энергии. Сигнальные линии страдают, в основном, от емкости устройств защиты. Поскольку далеко не все производители приводят гарантированные максимальные значения номинальных характеристик, необходимо тщательно сравнивать эти спецификации.

Всплески напряжения или тока заставляют перейти устройство в режим защиты (см. рис.3). Идеальное устройство защиты при этом превращается в короткозамкнутую на землю цепь. В идеале при любых энергетических всплесках весь ток должен течь через цепь защиты, защищая нагрузку от повреждений. После исчезновения опасности идеальное устройство защиты быстро возвращается в нормальный режим защиты, без каких-либо внутренних повреждений или изменений рабочих характеристик.

Рис. 3. При возникновении опасных скачков тока или напряжения «идеальное» устройство защиты превращается в короткозамкнутую на землю линию, что защищает нагрузку

Различия в технологии изготовления

Полупроводниковые диоды TVS являются монолитными устройствами, изготовленными по стандартным полупроводниковым технологиям. Они могут быть выполнены в виде линеек устройств или быть встроены в более крупные блоки, например, в комбинированные защитно-фильтрующие системы. Их характерными особенностями являются высокое быстродействие, низкое напряжение ограничения и высокая надежность. При эксплуатации в условиях, заложенных при проектировании, их характеристики со временем не ухудшаются и не зависят от количества аварийных срабатываний. В зависимости от режимов работы устройства защиты заряды через p-n-переход переносятся в разных направлениях. Защитные устройства TVS, как правило, используются для защиты низковольтных компонентов.

MOV-варисторы — это керамические устройства, состоящие из металл-оксидных зерен. Их структура подобна структуре сахарного кубика. Граница между зернами формирует зону с диодной вольт-амперной характеристикой. Такие диоды самостоятельно выстраиваются в произвольные группы из параллельных и последовательных комбинаций. Случайным образом сформированная структура варисторов отличается большим разбросом определенных параметров. Рабочие характеристики MOV-варисторов зависят от объемных характеристик устройства (высота×длина×ширина). Устройства больших размеров способны выдерживать очень высокие уровни напряжений. По этой причине MOV-варисторы используются, в основном, для защиты силовых схем.

MOV-варисторы являются саморазрушающимися устройствами. В каждом случае перенапряжения часть диодных структур типа «зерно-земля» выходит из строя, в основном, по причине местного перегрева. Лабораторные измерения подтверждают этот факт, фиксируя в нормальном режиме работы после каждого срабатывания защиты увеличение тока утечки. По мере того, как увеличивается количество вышедших из строя диодных структур, устройство из варистора превращается в резистор. Продолжительные периоды перенапряжений, очевидно, сокращают продолжительность жизни варистора как защитного устройства. Скорость выхода из строя устройства обратно пропорциональна его объему. Многослойные варисторы и некоторые другие типы MOV-устройств способны ограничивать ток, текущий через них, стараясь замедлить процесс деградации. Некоторые варисторы изначально проектируются с большим внутренним сопротивлением, что также помогает снизить ток, протекающий через них. В каждом случае разработчику приходится искать компромисс между рабочими характеристиками защитного устройства и его надежностью. Большинство производителей считает устройство вышедшим из строя после того, как его определенные параметры изменились на 10%. Более подробную информацию следует искать в документации производителей.

Отказ как TVS-диодов, так и MOV-варисторов, обычно имеет вид разрыва. В этом случае защищаемое устройство остается без защиты, и следующее опасное перенапряжение может вывести нагрузку из строя. Выход из строя TVS-диодов иногда протекает по типу короткого замыкания, в таком случае они представляют собой сопротивление номиналом 1 Ом.

MOV-устройства страдают от тепловых пробоев. Поскольку такие устройства с течением времени все больше приближаются к резисторам, ток, постоянно текущий через них, усиливает процесс их внутреннего разрушения, и, наконец, происходит их тепловой пробой. Керамическая структура MOV-устройств позволяет им выдерживать гораздо более высокие температуры, чем структура полупроводниковых диодов. Корпусные MOV-варисторы способны нагреваться до температур выше 400°С. При поверхностном монтаже MOV-устройств в них обычно расплавляются внутренние места пайки. В высоковольтных приложениях необходимо принимать специальные меры для ограничения тока через защитные устройства. Возможно, в таких случаях имеет смысл использовать проволочные резисторы, которые при выходе из строя чаще всего разрывают цепь. Некоторые заказчики требуют установки последовательно с варисторами плавких вставок (fuses).

Ток утечки

Все устройства защиты включаются между сигнальной линией и землей. В некоторых устройствах может быть большое количество защитных компонентов, и общий дополнительный ток через них может создавать определенные проблемы. Маломощные и низковольтные сигнальные цепи очень чувствительны к любым дополнительным токам.

В мюнхенской лаборатории ESD-тестирования (ESD Testing Facility) провели исследования двух типов защитных устройств. В тестовых испытаниях для проверки надежности защиты 50-Ом сигнальной линии, напряжение на которой не должно превышать 5 В, подавалось постоянное напряжение смещения 20 В. При этом проводились измерения тока через проверяемое защитное устройство. Для 5-В сигнальной линии основной интерес представляет зона постоянного напряжения 5 В. У тестируемого TVS-диода ток утечки составил 0,01 нА, в то время как у двух MOV-устройств он был порядка 1 нА. Для высоковольтных приложений предпочтительнее TVS-диоды, поскольку их ток утечки на два порядка ниже. При повышении температуры ток утечки в некоторых устройствах также повышался. Испытания проводились при 25°C. На рисунке 4 показана зависимость тока утечки от приложенного напряжения для TVS-диодов и MOV-устройств.

Низкоомные цепи защиты

В режиме защиты защитное устройство должно обладать низким сопротивлением. Идеальная вольтамперная характеристика имеет вид вертикальной прямой: V(I)=Vbr (где Vbr — напряжение пробоя). Большинство производителей определяет напряжение пробоя при ±0,001 А и напряжение ограничения при ±1 А. Сопротивление в линейной области вольт-амперной характеристики рассчитывается при обратном ее наклоне (ΔV/ΔI). По иронии судьбы, этот наклон называется динамическим сопротивлением (Rdyn), но в действительности он используется в статических измерениях или в расчетах параметров по модели IEC61000-4-2 через 10 нс после начала энергетического всплеска. Во время электростатических разрядов комплексный импеданс устройств защиты динамично меняется, и обозначение данного параметра как Rdyn часто сбивает разработчиков с толку. Для прогнозирования напряжения в течение первых 10 нс требуются другие методы.

Тестовые испытания показали, что динамическое сопротивление TVS-диода на порядок ниже, чем у рассматриваемых MOV-устройств. В соответствии с условиями проведения теста по модели IEC61000-4-2 15-кВ разряд должен сопровождаться вторичным пиком повышения тока при 30 А. Это значение часто используется как при проведении контактных испытаний, так и при моделировании разряда в воздухе, поскольку к моменту повышения тока все переходные процессы от 15-кВ разряда уже должны полностью закончиться. По результатам испытаний, полученных в ходе 30-А всплеска, может быть рассчитано сопротивление соответствующего устройства защиты.

По окончании первых 10 нс испытаний по модели IEC61000-4-2 расчеты напряжения значительно упрощаются, что связано с увеличением периодов нарастания и спада сигнала. Сигнал, полученный по модели IEC61000-4-2, в интервале времени 25…35 нс часто аппроксимируется прямоугольными импульсами амплитуды 2 А/кВ. При 15-кВ всплеске напряжения это составляет 30 А. Заменив устройства защиты на их сопротивления, рассчитанные при 30 А, получим схему устройства по постоянному току (см. рис.5), по которой можно быстро определить напряжение и ток в нагрузке в течение интервала времени действия тока 30  А.

Ток через нагрузку определяется следующим образом:

Iload = (30 × Rpr) / (Rpr + 50)

ITVS = 21/50,7 = 0,414 A

IMOV = 210/57 = 3,68 A

Сопротивление нагрузки, показанное здесь, равно 50 Ом. Во время всплеска тока в интервале 25…35 нс нагрузка, защищаемая TVS-диодом, получает ток, уменьшенный в 10 раз. Мощность (I2R) в течение всплеска определяется как: Iload × Iload × 50 Ом. Поскольку мощность пропорциональна квадрату тока (коэффициент пропорциональности определяется сопротивлением нагрузки), очевидно, что лучше минимизировать ток через нагрузку.

Напряжение ограничения

Устройства защиты ограничивают пики напряжения на нагрузке. При проведении лабораторных испытаний на испытуемые устройства подавались возбуждающие импульсы напряжением 300 В длительностью 30 нс. Из графиков, приведенных на рисунке 6, видно, что все защитные устройства прореагировали довольно быстро, но обеспечили разные уровни напряжения. Зернистость варисторов не дает возможности получать низкие значения напряжения ограничения, т.к. при последовательном сочетании диодных структур их пороговые напряжения складываются. Из рисунка 6 видно, что TVS-диоды обеспечивают значительно более низкое напряжение ограничения, чем MOV-устройства, что способствует снижению энергии в низковольтных приложениях. Как ранее утверждалось, полученные динамические результаты сильно отличаются от значений Vclamp, приводимых в технической документации на эти устройства. При известном уровне тока входного сигнала значение Vclamp может быть аппроксимировано следующим выражением:

Vbreakdown + (Rdyn · Iknown) + L di/dt.

По модели испытаний IEC61000-4-2 член L di/dt через 10 нс становится равным 0.

Способность к ограничению энергии

Хорошие устройства защиты должны быстро ограничивать ток и напряжение. Всплеск напряжения 15 кВ используется для моделирования наихудшего сценария. Для генерации входного сигнала, как правило, используется простая схема, состоящая из конденсатора 150 пФ, резистора 330 Ом и источника напряжения на 15 кВ. Пиковый ток наблюдается вначале, после чего мощность входного сигнала нулевой сразу не становится.

На рисунке 7 показаны кривые мощности в нагрузке. TVS-диоды отличаются низким напряжением ограничения, малым сопротивлением и хорошим быстродействием. Энергия в нагрузке рассчитывается по площади, ограниченной соответствующей кривой.

В рассматриваемых низковольтных приложениях TVS-диоды были рассчитаны на энергию в нагрузке 4,5 мкДж, а MOV-устройства — 18,0 мкДж, т.е. между этими защитными устройствами наблюдалась разница в 4 раза. Эта разница в энергиях может привести либо к защите устройства, либо к его выходу из строя, в зависимости от области безопасной работы (SOA) нагрузки. Следует выбирать то устройство защиты, которое обеспечивает самую широкую зону безопасности внутри SOA-нагрузки.

В некоторых высоковольтных и высокоамперных приложениях требуется применение либо больших MOV-устройств, либо линеек из TVS-диодов. Разработчик обязан обеспечить надежный уровень защиты системы при любых катастрофических поломках. Перенапряжение выше уровня, указанного в спецификациях большинства TVS-диодов, ведет к резкому выходу устройства из строя по типу короткого замыкания. Однако система должна продолжать работать в режиме безопасного отказа. Диоды выходят из строя быстро, поэтому из-за короткого интервала времени они не успевают выработать большого количества тепла. Металл-оксидные варисторы выходят из строя по другому сценарию. Их рабочие параметры смещаются по мере роста количества аварийных ситуаций, даже если перенапряжение не выходит за пределы уровня, указанного в спецификации. Их проводимость становится выше, что ведет к возникновению тепловых пробоев. Керамическая структура MOV-устройств может выдерживать более высокие температуры, чем структура их кремниевых конкурентов.

При резком повышении температуры может произойти разрушение или взрыв некоторых типов MOV-устройств, что возможно приведет к выходу устройства из строя по типу разрыва. MOV-устройства без видимых разрушений могут выдерживать температуры, превышающие температуру загорания бумаги, что может стать причиной пожара. Разработчики должны учитывать это и обеспечивать защиту схемы в любых условиях перенапряжений и больших токов.

Многие системы, в состав которых входят специальные микроконтроллеры или интерфейсные схемы, лучше защищать TVS-диодами, в то время как сетевые блоки или высоковольтные каскады постоянного тока следует защищать MOV-устройствами. Низковольтные сигнальные линии лучше защищать TVS-диодами, однако, некоторые типы нагрузок могут надежно работать в пределах их SOA под защитой обоих типов устройств.

Литература

1. Steven J. Goldman/ Protection Devices: TVS Diodes vs. Metal-Oxide Varistors//
http://powerelectronics.com/power_management/regulator_ics/selecting-protection-devices-201006/.

ESD7002 – новый сдвоенный ESD-защитный диод для высокоскоростных интерфейсов c низкой емкостью (всего 0.3 пФ!) компании ON Semiconductor

Почему необходимо использование ESD-защиты

Основным источником бросков тока и напряжения являются, процессы подключения и отключения устройств. Кроме того, не стоит забывать и такое явление, как накопление на устройстве, или на человеке, производящем подключение устройства, статического электричества.

От статики микроэлектронное устройство может и не выйти из строя сразу.  Часто повреждения, обусловленные электростатическим разрядом, не приводят к мгновенному выходу из строя, но, по истечении некоторого времени, устройство неожиданно может перестать функционировать.

Большинство современных микросхем имеет встроенную защиту от ESD, величиной до 2 кВ. Этого вполне достаточно в условиях производства того, или иного устройства (производители оборудования, конечно же, обеспечивают технологический процесс антистатической защитой). Однако конечное устройство, попадая в самые различные условия эксплуатации, может подвергаться воздействию гораздо более высоковольтных разрядов.

Помните, что защита лишней не бывает! Тем более что устройства ESD-защиты очень доступны и недороги, а отказ от ее использвания может дорого обойтись как Вашим закзчикам, так и Вашей репутации.

Описание ESD7002

Устройство ESD7002 представляет собой TVS-диод (Transient Voltage Suppressor – подавитель выбросов напряжения), но имеют очень малую емкость (0.3 пФ) в отличие от традиционных TVS-диодов. Таким образом, ESD7002 практически не создает никакой емкостной нагрузки высокоскоростному сигналу (до 5 Гбит/с) и не приводит к ухудшению или отражению сигнала. Ток утечки ESD7002 так же крайне мал и составляет менее 1 мкА, при напряжении 5 В.

Схема прибора работает эквивалентно схеме комбинированного супрессора диодного типа (см. рис. 1).

Новой прибор ESD7002 обеспечивает надежную защиту согласно международному стандарту IEC 61000-4-2 (Level 4), а приборы с префиксом SZ – SZESD7002 соответствуют автомобильному стандарту AEC−Q101.

ESD7002 поставляется в стандартных корпусах SC-70 (SOT-323) для поверхностного монтажа.

Технические характеристики:

• Типовая емкость выводов
  • относительно земли: 0.3 пФ
  • относительно друг друга: 0.2 пФ
• Ток утечки: менее 1 мкА
• Полоса пропускания (3 дБ): 5 ГГц
• Напряжение пробоя: 16.5 В
• Низкое напряжение ограничения (Clamping Voltage)
  по стандарту IEC 61000-4-2 (Level 4): см. рис. 2, 3
• SZESD7002 соответствует стандарту AEC−Q101
• Температурный диапазон: -55…+125 °С
• Корпус: SC-70 (SOT-323)

Доступность:

Диоды ESD-защиты находятся в массовом производстве и доступны под заказ.

Ресурсы:

TVS диоды для поверхностного монтажа — диоды

Выводные TVS-диоды — диоды

TVS диоды

Сводка

Рынки портативного коммуникационного, компьютерного и видеооборудования заставляют полупроводниковую промышленность разрабатывать электронные компоненты все меньшего размера. Сегодня разработчики компактных электронных систем сталкиваются с нехваткой места на плате, что вызывает потребность в альтернативных упаковочных технологиях.Функциональная интеграция и миниатюризация — залог успеха!

Чтобы помочь этой кампании по миниатюризации, появилось новое поколение чип-диодов от Bourns, которое предлагает возможность создания кремниевого диода с минимальными затратами на упаковку. Чип-диоды со слабым сигналом 0603, 1005 и 1206 не содержат свинца с выводами, покрытыми Cu / Ni / Au, в то время как другие корпуса (SMA, SMB, SMC, 1408, 1607, 2010, 2419, 8L NSOIC, 16L NSOIC, SOT23, SOT23- 6, 16L WSOIC) использовать концевые заделки из 100% олова. Все диоды Bourns® совместимы с бессвинцовыми производственными процессами и соответствуют многим отраслевым и правительственным постановлениям в отношении бессвинцовых компонентов.

Чип-диоды Bourns® соответствуют стандартам JEDEC, просты в обращении на стандартном оборудовании для захвата и установки, а их плоская конфигурация сводит к минимуму откатывание.

Преимущества
Ассортимент продукции Chip Diode обеспечивает явные преимущества перед некоторыми из наших конкурентов, например:

• Размер упаковки: Чип-диоды 0603, 1005, 1206, 1408, 2010 безвыводные, что позволяет разработчикам экономить на размещении печатных плат.
• Окружающая среда: все диоды Bourns® соответствуют требованиям RoHS, а устройства соответствуют многим мировым отраслевым и правительственным нормам в отношении компонентов, не содержащих свинец.
• Удобство производства: чип-диоды позволяют использовать стандартное оборудование для захвата и размещения. Пакет Chip Diode упрощает обращение с ним, а плоская конфигурация сводит к минимуму откатывание при производственных операциях.

Отчетность о конфликтных минеральных источниках для диодов: CFSI_CMRT4-01

Замечания по проектированию
Оценочная плата защиты порта RS-485 1
Плата оценки защиты порта RS-485 2

Герметичный ТВС повышенной надежности | Microsemi

Обзор

Основные характеристики

• Широкий диапазон напряжения и мощности как однонаправленных, так и двунаправленных устройств TVS
• Поддержка ведущих в отрасли приложений и решений для DO-160 и специальных требований
• Инновационная упаковка
• Защита сигнала низкой емкости
• Контролируемые литейные цеха, участки сборки и сортировки
• Расширенные возможности электрических испытаний и непрерывный мониторинг надежности

Ресурсы

Таблицы данных TVS

Выберите подходящее семейство продуктов TVS на вкладке «Семейства TVS».

Примечания по применению TVS

Параметрический поиск

• «Предыдущая
• {{n + 1}}
• Следующий »
Показано 2550100 на страницу

В этой категории нет параметрических данных! попробуйте другие категории

В чем разница между стабилитронами / TVS-диодами и варисторами? Четыре аспекта сравнения, которые следует учитывать при использовании | Обзор продукта

Содержание

История

Варисторы из оксида цинка, разработанные в 1968 году, были приняты для защиты диодов от молнии. С другой стороны, диоды использовались в основном для выпрямления, поэтому область их применения была другой. Это причина того, что многие товары, перечисленные в каталогах и технических паспортах, различаются, что затрудняет прямое сравнение. Применимые стандарты Совета автомобильной электроники также существенно различаются. при этом AEC-Q101 используется для TVS-диодов, а AEC-Q200 — для варисторов.

Отличия чип-варисторов от TVS-диодов

Конструкция

Чип-варисторы — это керамические полупроводниковые изделия, в основе которых лежит оксид цинка. Как показано на рисунке ниже, варисторы для микросхем имеют многослойную структуру, напряжение пробоя и емкость регулируются количеством слоев и конструкцией межслоев. С другой стороны, TVS-диоды представляют собой комбинацию полупроводников P-типа и N-типа.Это кремниевые компоненты защиты от электростатического разряда. В некоторых диодах также используется проволока Au и т. Д.

ВАХ

Значение сопротивления как варисторов микросхемы, так и TVS-диодов сильно меняется в зависимости от приложенного напряжения. Чип-варисторы обеспечивают двустороннюю электростатическую защиту. Раньше TVS-диоды были почти исключительно однонаправленными, но теперь растет и количество двунаправленных TVS-диодов.Однако важно отметить, что есть случаи, когда поведение различается в зависимости от направления.

Скорость реакции на перенапряжение

Основываясь на воспоминаниях о дисковых варисторах и подобных им в первые дни варисторов, часто можно услышать, что отклик варистора медленный. Но, как показано на графике ниже, скорость реакции на перенапряжение для варисторов микросхемы и TVS-диодов одинакова.При подаче напряжения HBM + 8 кВ в соответствии с IEC 61000-4-2 пик достигается в течение 1 нс, и напряжение на защищаемом компоненте упало примерно до нуля через 400 нс.

Емкость

Диапазон емкостей варисторов и TVS-диодов значительно различается. Поскольку варисторы микросхемы имеют многослойную структуру, емкость можно увеличить, увеличив количество внутренних электродных слоев.При сравнении размеров EIA 0805 и ниже разница в максимальной емкости близка к коэффициенту 100, как показано ниже. В некоторых линиях, требующих параллельной конфигурации MLCC, может быть возможно использовать варистор на одной микросхеме.

Прочие характеристики

Что касается различных других характеристик, таких как тепловые характеристики и вносимые потери, Между варисторами микросхемы и TVS-диодами есть небольшие различия, но сравнение с теми же характеристиками покажет аналогичное поведение.Поскольку в технических характеристиках будет показана соответствующая кривая, возможно сравнение с TVS-диодами.

Ссылки по теме

Руководства по выбору

Четыре ключевых аспекта использования варисторов для микросхем и TVS-диодов в сетях контроллеров (CAN)

В сети контроллеров (CAN) антистатические компоненты используются для защиты трансивера CAN.Некоторые моменты, которые следует учитывать при выборе компонентов для использования на линиях CAN, описаны ниже.

Максимально допустимое напряжение цепи

В CAN с топологией последовательной шины сигналы CANH и CANL используются для определения состояния доминирующего и рецессивного уровня. Когда он доминирует, линия CANH находится под напряжением около 3,5 В. Компонент электростатической защиты должен работать как изолятор при этом напряжении. Следовательно, компонент с максимально допустимым напряжением цепи 3.В этом случае необходимо выбрать 5 В или выше.

Поскольку ток утечки компонента электростатической защиты зависит от температуры, Также необходимо учитывать температуру окружающей среды в реальных условиях эксплуатации. На приведенном ниже графике показаны тепловые характеристики тока утечки в типичном варисторе микросхемы и TVS-диоде. Ток утечки увеличивается по направлению к более высоким температурам, но не должен превышать 50 мкА.

Емкость

Максимальная скорость передачи данных по CAN составляет 1 Мбит / с. Компоненты электростатической защиты, включенные параллельно цепи, не должны препятствовать обмену данными на этой скорости. Поэтому необходимо выбирать компоненты с низкими вносимыми потерями на скорости 1 Мбит / с (= 0,5 МГц). На приведенном ниже графике показаны вносимые потери для варистора микросхемы и двух TVS-диодов.Видно, что любой из них можно вставить, не мешая связи CAN.

Возможность защиты от перенапряжения

Компоненты электростатической защиты служат для предотвращения повреждения интегральных схем и периферийных компонентов, используемых в комплекте. В качестве примера ниже приведены характеристики устойчивости к электростатическому разряду автомобильного трансивера CAN.

Из таблицы видно, что трансивер CAN может выйти из строя, если приложить напряжение 4 кВ или выше.

Если компонент электростатической защиты не используется, в случае электростатического разряда 4 кВ по CAN-трансиверу будет протекать ток 8 А, тем самым разрушая его. Как видно из рисунка ниже, значение сопротивления варистора или TVS-диода быстро падает ниже 2 Ом при приложении перенапряжения.

Поскольку большая часть тока, генерируемого электростатическим разрядом, течет к компоненту электростатической защиты, трансивер CAN защищен.Используя данные TLP, можно выполнять моделирование на этапе проектирования, чтобы проверить ток, который будет достигать трансивера CAN. Это всего лишь простой пример, но зная характеристики других электронных компонентов, можно проверить устойчивость к электростатическому разряду перед фактическим испытанием.

Устойчивость к электростатическому разряду

Во многих случаях необходимо определить устойчивость к электростатическому разряду в целом, и такие же характеристики требуются от компонентов электростатической защиты.Устойчивость продукта к электростатическому разряду можно проверить в техническом паспорте.

Ссылки по теме

Указания по применению

Характеристики варисторов для микросхем TDK — ESD-устойчивость к повторяющимся ESD-напряжениям

Устойчивость варистора к повторяющимся скачкам напряжения в значительной степени зависит от выбора материала конструкции, такие как тип и состав добавок к основному оксиду цинка (ZnO).Чип-варисторы от TDK извлекают выгоду из запатентованных материалов, разработанных с использованием материалов компании. В результате варисторы обладают отличной устойчивостью к повторяющимся скачкам напряжения. TDK также предлагает продукты, которые могут заменить стабилитроны в приложениях, требующих частого включения / выключения, таких как электромагнитные клапаны и шаговые двигатели. Для получения дополнительной информации см. Статью «Варисторы на микросхеме, которые отлично сопротивляются повторным скачкам напряжения»

Ссылки по теме

Указания по применению

Характеристики микросхем варисторов TDK — Миниатюрные размеры

TDK реализовал миниатюрные варисторы с форм-фактором EIA 01005 (0.4 х 0,2 мм). Компания также массово производит самый маленький в отрасли размер, соответствующий стандарту AEC-Q200 EIA 0402 (1,0 x 0,5 мм), для автомобильной промышленности.

Ссылки по теме

Руководства по выбору

Публикация технических паспортов в Интернете

Различные данные, упомянутые выше, взяты из технических паспортов, которые TDK размещает в Интернете.Это предоставляет все данные, необходимые для простого сравнения с TVS-диодами.

Контактная информация

Ссылки по теме

Карта продукта

Портал продуктов

TVS — это просто диод, верно? Часть первая

Я не могу сказать вам, сколько раз я слышал это в отношении кремниевых ограничителей переходного напряжения (TVS).Честно говоря, производители TVS, вероятно, увековечили это понятие. В конце концов, мы обычно называем эти устройства TVS-диодами или диодами для защиты от электростатического разряда (ESD). Технически диод — это устройство с двумя выводами, которое проводит ток в основном в одном направлении. TVS, или TVS-диод, представляет собой устройство с двумя выводами, которое предназначено для проведения тока в области обратного пробоя. Однако название «просто диод» подразумевает, что любой TVS-диод или любой тип диода, если на то пошло, можно легко выбрать и на него можно положиться для защиты вашей схемы.Следование этому предположению, скорее всего, приведет к неутешительным результатам.

По мере того, как геометрия конструкции сокращается, а скорость шины продолжает расти, проектирование TVS-диодов становится как никогда сложной задачей. Большинство современных устройств TVS являются сложными и многопереходными, разработанными для конкретных приложений. Условное обозначение такое же, но внутренняя схема более сложна. На рис. 1 показан пример устройства TVS с малой емкостью и глубокой отдачей. Определенно не «просто диод». Давайте посмотрим поближе.

Рисунок 1 — Пример структуры TVS © Semtech Corporation

Одно из распространенных заблуждений состоит в том, что TVS-диоды и стабилитроны — это одно и то же, и я часто слышу TVS-диоды, называемые «стабилитронами». TVS-диоды и стабилитроны предназначены для самых разных применений. Стабилитроны предназначены для регулирования напряжения и поэтому работают в области пробоя (рисунок 2).

Рисунок 2 — Рабочая область стабилитрона © Semtech Corporation

TVS — это устройства, специально разработанные для подавления переходных перенапряжений.В нормальных условиях эксплуатации TVS представляет высокий импеданс защищаемой цепи. Единственный ток, который течет, связан с током утечки устройства, обычно несколько наноампер. TVS-диоды проводят, когда переходное напряжение превышает напряжение пробоя устройства (Рисунок 3).

Рисунок 3 — Рабочий регион TVS © Semtech Corporation

TVS рассеивают большую энергию в течение короткого периода времени. Переходные события длятся от нескольких наносекунд до примерно одной миллисекунды.Это требует больших площадей перехода, которые способствуют равномерному распределению тока, и других конструктивных элементов, которые гарантируют, что устройство может поглощать ожидаемую энергию без повреждений.

Рабочее напряжение TVS определяется как напряжение, при котором устройство проявляет высокое сопротивление в цепи. Устройства TVS обычно выбираются так, чтобы рабочее напряжение было как можно ближе к рабочему напряжению цепи. Во время переходного процесса напряжение на защищаемой линии быстро повышается.Как только напряжение пробоя TVS превышается, он становится путем с низким импедансом для проведения переходного тока. Напряжение, развиваемое на TVS в условиях максимального переходного тока, определяется как напряжение ограничения. Это ключевой, но часто упускаемый из виду параметр, так как он также представляет собой напряжение на защищаемой цепи. Если превышены максимальные функциональные пределы защищенной ИС, она, скорее всего, будет повреждена или разрушена. Защита высокоскоростных цепей сопряжена с другими проблемами проектирования, такими как снижение эффективной нагрузочной емкости TVS без ущерба для ее способности проводить высокоэнергетические переходные процессы.Во второй части мы рассмотрим различные схемы, которые производители используют для уменьшения напряжения ограничения и эффективной емкости, дополнительно иллюстрируя тот факт, что устройства TVS — это не «просто диоды».

Semtech и логотип Semtech являются зарегистрированными товарными знаками или знаками обслуживания корпорации Semtech Corporation или ее дочерних компаний.

Диод-ограничитель переходного напряжения: что это такое?

Переходные процессы — это внезапные высокочастотные перенапряжения, которые могут разрушить микросхему.Кремниевый ограничитель переходного напряжения (TVS) — это компонент защиты цепи, который либо ослабляет (уменьшает), либо фильтрует скачки переходного напряжения (перенапряжения), тем самым защищая вашу схему. Другой тип TVS отводит скачок напряжения от вашей цепи (также известный как шунтирование, фиксация или шунтирование). TVS защищает цепи, используя точку лавинного пробоя кремниевого pn-перехода, созданного для этой цели. После прохождения шипа pn-переход возвращается в нормальное состояние и снова зажимается на следующем шипе.В нормальном режиме работы TVS невидим для схемы. Однако в случае длительного всплеска тока потребуется установка радиатора для ТВС. Устройства TVS обычно рассчитаны на работу в диапазоне киловатт пиковой мощности, протекающей через TVS.

TVS-диоды (и TVS-диодные матрицы) защищают схемы от электростатического разряда (ESD).TVS может защищать сигнальную цепь в одном или двух направлениях. Двунаправленный TVS выбирается, когда защищаемый сигнал обычно должен колебаться над и под землей, как в случае переменного напряжения или сигнала постоянного тока, предназначенного для работы при положительном и отрицательном напряжениях. Однонаправленный TVS-диод допускает только напряжение выше или ниже земли (положительное или отрицательное напряжение).

часто используются для защиты входов. Разъем или порт USB — идеальный случай, поскольку электростатический разряд часто возникает на входе устройства: когда кто-то идет по ковру, чтобы подключить кабель USB, может накапливаться заряд, который вызывает электростатический разряд на этом входе.TVS принимает толчок и немедленно фиксирует или отключает его до того, как будет достигнуто максимальное напряжение, которое может выдержать USB-чип.

Что касается выбора TVS, убедитесь, что вам известны максимальные рабочие напряжения для устройств в защищаемой цепи (нагрузке), так как это определит V _WM , который известен в различных таблицах данных. в качестве рабочего пикового напряжения, максимального рабочего напряжения, номинального напряжения зазора, обратного напряжения зазора или максимального напряжения в закрытом состоянии.Littelfuse называет V _WM для однонаправленного TVS «максимальным пиковым напряжением, которое может быть приложено в« блокирующем направлении »», если вы не ожидаете значительного протекания тока. Двунаправленный TVS такой же, за исключением того, что применяется в обоих направлениях. [I] V _WM обычно на 10-15% ниже напряжения пробоя (V _BR ). V _BR — это напряжение, при котором устройства TVS сходят в лавину. Температура влияет на уровень VBR, поэтому V _WM как минимум на 10% ниже V _BR , так как V _BR может ползать ниже при падении температуры.Напряжение пробоя TVS не должно быть равным рабочему пиковому напряжению.

Ограничивающее напряжение (V _C ) — это самое высокое напряжение, которое указано в TVS, и обычно оно больше, чем V _BR , на 35-40% и ~ 60% выше, чем V _WM . [ii] Рассеивание пиковой импульсной мощности (P _PP ) — это еще один показатель, который влияет на безопасное подавление различных переходных процессов или скачков напряжения. С:

P _PP = V _C x I _PP ,

, где I _PP — ожидаемый импульсный ток наихудшего случая.Стандарт IEC 6100-4-2 описывает методы измерения и тестирования для сертификации, которые включают защиту от электростатического разряда, и может быть ценным справочным материалом для определения I _PP . [Iii] Другие стандарты, такие как модель человеческого тела, также могут быть полезны. Ссылки. [iv]

Если есть еще несколько TVS на выбор, выберите TVS с наименьшим значением емкости, особенно при использовании их с высокоскоростными (высокочастотными) цепями.

TVS также следует физически разместить рядом со входом на печатной плате. Следы должны быть как можно короче, чтобы избежать паразитной емкости.

[i] http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/application_notes/littelfuse_tvs_diode_automotive_circuit_protection_using_automotive_tvs_diodes_application_note.pdf.pdf

[ii] http://www.microsemi.com/document-portal/doc_view/14650-how-to-select-a-transient-voltage-suppressor

[iii] http: // www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/application_note/b3/42/28/d8/e2/db/44/f5/DM00023467.pdf/files/DM00023467.pdf/jcr:content/translations/en. DM00023467.pdf

[iv] http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/TND410-D.PDF