稳压、TVS二极管和压敏电阻的区别？使用时应进行比较的4个要点
品慧电子讯贴片压敏电阻和TVS二极管用作过电压保护部件。 这些产品的结构和制造方法完全不同，但作为静电保护器件具有相似的性质。 因此，虽然在电路上都可以使用，但存在判断不能使用贴片压敏电阻的情况。 的确，由于其历史背景，产品目录和数据表中记载的不同项目很多，难以像电容器和其他通用部件那样，仅靠纸上记载的规格进行特性的比较。 因此，在本报道中，明确压敏电阻和二极管的不同之处，介绍可以进行二极管和压敏电阻比较的数据。
历史
1968年开发的氧化锌压敏电阻用于保护二极管免受雷击。 另一方面，二极管主要用于整流，其用途不同。 因此，产品目录和数据表中记载的不同项目很多，现在也难以单纯地进行比较。 在Automotive Electronics Council（车载电子部件评议会）制定的规格中，AEC-Q101适用于TVS二极管， AEC-Q200适用于压敏电阻，其内容大不相同。
图1 历史
贴片压敏电阻与TVS二极管的区别
结构
贴片压敏电阻是主要以氧化锌为基础的陶瓷半导体产品。 主要采用下图所示的积层结构，通过积层张数、层间的调整，可以控制击穿电压、静电容量。 而TVS二极管是P型半导体和N型半导体结合而构成的，是硅基ESD防护器件。 在二极管中，也有使用Au丝等的情况。
图2 贴片压敏电阻
图3 TVS二极管
I-V曲线
贴片压敏电阻和TVS二极管的电阻值会随施加电压的变化而改变。 贴片压敏电阻可以进行双向静电保护。 TVS二极管以前大多是有方向性的，但最近双向的TVS二极管也增加了。 但是，由于存在因方向性不同而不同的情况，所以需要注意。
图4 I-V曲线
对施加过电压的反应速度
从盘型压敏电阻等初期的压敏电阻时的记忆中，压敏电阻的反应速度慢，经常听到这样的话。 但是，如下图所示，贴片压敏电阻和TVS二极管对施加过电压的反应速度一样。 施加IEC61000-4-2 HBM +8kV后，在1ns以内达到峰值，400ns后施加在保护部件上的电压值几乎为0。
图5 对施加过电压的反应速度
静电容量
压敏电阻和TVS二极管的静电容量幅度大不相同。 由于贴片压敏电阻采用积层结构，所以可以通过增加内部电极的层数，增加静电容量。 用EIA0805以下的尺寸进行比较时，如下图所示，静电容量的最大值有近100倍的差距。 因此，在必须并联放入MLCC的线路中，也有可以用单个贴片压敏电阻应对的情况。
图6 静电容量
其他特性
其他的温度特性和插入损耗等，虽然贴片压敏电阻和TVS二极管有一些不同，但在用相同规格比较时动作相同。 由于在各数据表中记载了它们各自的动作，所以可以与TVS二极管进行比较。
图7 其他特性
在控制器区域网络(CAN)中使用贴片压敏电阻和TVS二极管时的4个要点
为了保护CAN Tranceiver，在控制器区域网络(CAN)中使用静电保护部件。 在此介绍在CAN线上选定静电保护部件时的要点。
最大允许电路电压
在控制器区域网络(CAN)串行总线拓扑结构中，使用CANH、CANL信号后，可获得显性(dominant)和隐性(Recessive)的电平状态。 显性时，在CANH线上施加3.5V左右的电压，静电保护部件在此电压时必须作为绝缘体发挥作用。 因此，在这次的情况下，需要选择最大允许电路电压为3.5V以上的静电保护部件。
此外，静电保护部件的漏电流具有温度依赖性，还需要考虑实际使用时的温度环境。 下图是典型的贴片压敏电阻和TVS二极管的漏电流温度特性。 随着高温的升高，漏电流会变大，但设计时使之低于50uA。
图8 漏电流温度特性
静电容量
CAN的最大通信速度为1Mbps，电路中并联插入的静电保护部件不能妨碍这种通信。 1Mbps(=0.5 MHz)时，必须选择插入损耗小的产品。 下图表明，可用于CAN通信的贴片压敏电阻和TVS二极管的插入损耗不会影响任何产品的通信。
图9 贴片压敏电阻和TVS二极管的插入损耗
浪涌保护能力
静电保护部件用于保护成套使用的IC和外围器件。 例如，下面是用于车载CAN Tranceiver的ESD耐量。
表1 ESD Durabitily of CAN Tranceiver for each IC
从这个表可以看出，如果在CAN Tranceiver施加4kV以上的电压，可能会损坏。 此外，以下TLP数据表明，在相当于ESD 4kV的测试中，相当于8A的电流流过CAN Tranceiver。
图10 TLP数据
如果不使用静电保护部件，4kV的静电会导致8A电流流向CAN Tranceiver，CAN Tranceiver会损坏。 另一方面，从以下图可知，由于施加电压，压敏电阻、TVS二极管的电阻值急剧下降到2Ω以下。
图11 TLP数据
因此，因施加ESD产生的大部分电流流向保护元件，可保护CAN Tranceiver。 通过TLP数据，可以在设计时使用模拟的方式来确认流向CAN Tranceiver的电流。 这一次，举了一个简单的例子，如果知道其他电子部件的特性值，可以在实际测试之前确认ESD耐量。
ESD耐量
在许多情况下，需要成套部件的ESD耐量，也要求静电保护元件具有的性能。 产品的ESD耐量可以通过数据表确认。
TDK贴片压敏电阻的特点：反复施加ESD产生的ESD耐量
压敏电阻的反复浪涌耐量根据材料类型的不同而有很大不同，例如添加到主要成分ZnO中的添加剂的种类和组成等。 采用应用材料技术开发的独特材料的TDK贴片压敏电阻，其特点是反复浪涌耐量优异， 在频繁的ON/OFF动作中使用的电磁阀和步进电动机等领域，也提供可以代替稳压二极管等的产品。 详细情况参照这里的报道《拥有优异反复浪涌耐量的贴片压敏电阻》。
TDK贴片压敏电阻的特点：小型化
TDK实现了EIA01005(0.4x0.2mm)尺寸的小型化。 另外，还在面向车载用途方面，应对AEC-Q200，批量生产行业最小的EIA0402(1.0x0.5mm)尺寸的产品。
图12 TDK贴片压敏电阻的特点：小型化
在Web上刊登数据表
TDK在Web上的数据表中发布了上述各数据。 提供了所有与TVS二极管比较所需的数据，确认数据表后，可进行简单的比较。
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