ESD ： 靜電放電（Electro-Static discharge）

TVS ： 瞬變電壓抑製二極管（Transient Voltage Suppressors）

TVS管和ESD管的區別是：工作原理是一樣的，但功率和封裝是不一樣的；ESD主要是用來防靜電，防靜電就要求電容值低；TVS就做不到這一點，TVS的電容值比較高。

瞬態二極管（Transient Voltage Suppressor）簡稱TVS，是一種二極管形式的高效能保護器件。

當TVS 二極管的兩(liang) 極受到反向瞬態高能量衝(chong) 擊時，它 能以10的負12次方秒量級的速度，將其兩(liang) 極間的高阻抗變為(wei) 低阻抗，吸收高達數千瓦的浪湧功率，使兩(liang) 極間的電壓箝位於(yu) 一個(ge) 預定值，有效地保護電子線路中的精密元 器件，免受各種浪湧脈衝(chong) 的損壞。

靜電放電即ESD（Electro-Static discharge），是指具有不同靜電電位的物體(ti) 互相靠近或直接接觸引起的電荷轉移。

ESD是20世紀中期以來形成的以研究靜電的產(chan) 生、危害及靜電防護等的學科，因此，國際上習(xi) 慣將用於(yu) 靜電防護的器材統稱為(wei) ESD。

TVS瞬態電壓抑製

這裏不論TV(瞬態電壓)是如何產(chan) 生的，比如直接或者間接的雷擊，靜電放電，大容量的負載投切等因素導致的浪湧、電壓從(cong) 幾伏到幾十千伏甚至更高。

ESD靜電放電保護

這裏的ES主要是三種模型所表述。

其中主要應用是HBM 和 MM,簡單說，就是人或者設備對器件放電(靜電),但是器件不能損壞。

典型的HBM CLASS 1C模型規定一個(ge) 充電1000V-2000V的100pF的電容通過一個(ge) 1500歐姆的電阻對器件放電。

MM模型要比人體(ti) 模型能量大一些.電容是200pF,電壓大概在200-400之間，不過沒有串聯電阻了。

典型的人體(ti) 模型放電，峰值電流小於(yu) 0.75A,時間150ns典型的機器模型放電，峰值電流小於(yu) 8A,時間5ns典型的雷擊浪湧(電力線入線處使用的TVS)峰值電流3000A,時間20us原理是一樣的，但根據功率和封裝來分就不一樣。

ESD和TVS比較的話，要看用在哪些用途上，像ESD主要是用來防靜電，防靜電就要求電容值低，一般是1--3.5PF之間為(wei) 最好。而TVS就做不到這一點，TVS的電容值比較高。

通過分別對其進行符合IEC61000-4-2標準的+/-8KV接觸放電，分析捕獲的IEC波型可以得知，TVS保護性能強過貼片壓敏很多倍。

壓敏電阻采用物理吸收原理，每經過一次ESD事件，材料就會(hui) 受到一定物理損傷(shang) ，形成永久性的漏電通道，而TVS是采用的半導體(ti) 鉗位原理，在經曆ESD事件時，瞬間將能量傳(chuan) 遞出去，對器件本身並無影響。

他們(men) 應用的場合不同，TVS一般用於(yu) 處級和次級保護，而ESD主要用於(yu) 板級保護。

選擇TVS一般是看器件的功率和封裝，ESD器件一般看中的是它的ESD rating (HBM/MM)和IEC61000-4-2的LEVEL,高速的USB和I/O很重視它的容值。

我們(men) 經常可以見到的esd保護電路如下圖：

TVS主要用在電源輸入端起到防浪湧的作用，瞬間吸收浪湧電流對後級電路起到保護作用。ESD二極管的正負接在電源引腳，公共端接在被保護引腳上起到釋放靜電的作用。

瞬態抑製二極管

瞬態抑製二極管是一種限壓型的過壓保護器件，也叫TVS，以pS級的速度把過高的電壓限製在一個(ge) 安全範圍之內(nei) ，從(cong) 而起到保護後麵電路的作用。

TVS的響應時間可以達到ps級，是限壓型浪湧保護器件中最快的。用於(yu) 電子電路的過電壓保護時其響應速度都可滿足要求。TVS管的結電容根據製造工藝的不同，大體(ti) 可分為(wei) 兩(liang) 種類型，高結電容型TVS一般在幾百～幾千pF的數量級，低結電容型TVS的結電容一般在幾pF～幾十pF的數量級。一般分立式TVS的結電容都較高，表貼式TVS管中兩(liang) 種類型都有。在高頻信號線路的保護中，應主要選用低結電容的TVS管。

瞬態電壓抑製二極管(TVS)又叫鉗位二極管，是目前國際上普遍使用的一種高效能電路保護器件，它的外形與(yu) 普通二極管相同，但卻能吸收高達數千瓦的浪湧功率，它的主要特點是在反向應用條件下，當承受一個(ge) 高能量的大脈衝(chong) 時，其工作阻抗立即降至極低的導通值，從(cong) 而允許大電流通過，同時把電壓鉗製在預定水平，其響應時間僅(jin) 為(wei) 10-12毫秒，因此可有效地保護電子線路中的精密元器件。

瞬態電壓抑製二極管允許的正向浪湧電流在TA＝250C，T＝10ms條件下，可達50～200A。雙向TVS可在正反兩(liang) 個(ge) 方向吸收瞬時大脈衝(chong) 功率，並把電壓鉗製到預定水平，雙向TVS適用於(yu) 交流電路，單向TVS一般用於(yu) 直流電路。可用於(yu) 防雷擊、防過電壓、抗幹擾、吸收浪湧功率等，是一種理想的保護器件。耐受能力用瓦特(W)表示。

瞬態電壓抑製二極管的主要電參數：

（1）擊穿電壓V(BR)

器件在發生擊穿的區域內(nei) ，在規定的試驗電流I(BR)下，測得器件兩(liang) 端的電壓稱為(wei) 擊穿電壓，在此區域內(nei) ，二極管成為(wei) 低阻抗的通路。

（2）最大反向脈衝(chong) 峰值電流IPP

在反向工作時，在規定的脈衝(chong) 條件下，器件允許通過的最大脈衝(chong) 峰值電流。IPP與(yu) 最大鉗位電壓VC(MAX)的乘積，就是瞬態脈衝(chong) 功率的最大值。

使用時應正確選取TVS，使額定瞬態脈衝(chong) 功率PPR大於(yu) 被保護器件或線路可能出現的最大瞬態浪湧功率。

瞬態電壓抑製二極管的分類

瞬態電壓抑製二極管可以按極性分為(wei) 單極性和雙極性兩(liang) 種，按用途可分為(wei) 各種電路都適用的通用型器件和特殊電路適用的專(zhuan) 用型器件。如：各種交流電壓保護器、 4~200mA電流環保器、數據線保護器、同軸電纜保護器、電話機保護器等。若按封裝及內(nei) 部結構可分為(wei) ：軸向引線二極管、雙列直插TVS陣列（適用多線保護）、貼片式、組件式和大功率模塊式等。

瞬態電壓抑製二極管的應用

目前已廣泛應用於(yu) 計算機係統、通訊設備、交/ 直流電源、汽車、電子鎮流器、家用電器、儀(yi) 器儀(yi) 表（電度表）、RS232/422/423/485、 I/O、LAN、ISDN 、ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、數字照相機的保護、共模/差模保護、RF耦合/IC驅動接收保護、電機電磁波幹擾抑製、聲頻/視頻輸入、傳(chuan) 感器/變速器、工控回路、繼電器、接觸器噪音的抑製等各個(ge) 領域。

瞬態電壓抑製二極管的特點：

（1）將TVS二極管加在信號及電源線上，能防止微處理器或單片機因瞬間的肪衝(chong) ，如靜電放電效應、交流電源之浪湧及開關(guan) 電源的噪音所導致的失靈。

（2）靜電放電效應能釋放超過10000V、60A以上的脈衝(chong) ，並能持續10ms；而一般的TTL器件，遇到超過30ms的10V脈衝(chong) 時，便會(hui) 導至損壞。利用TVS二極管，可有效吸收會(hui) 造成器件損壞的脈衝(chong) ，並能消除由總線之間開關(guan) 所引起的幹擾（Crosstalk）。

（3）將TVS二極管放置在信號線及接地間，能避免數據及控製總線受到不必要的噪音影響。

瞬態電壓抑製二極管的選用技巧

（1）確定被保護電路的最大直流或連續工作電壓、電路的額定標準電壓和“高端”容限。

（2）TVS額定反向關(guan) 斷VWM應大於(yu) 或等於(yu) 被保護電路的最大工作電壓。若選用的VWM太低，器件可能進入雪崩或因反向漏電流太大影響電路的正常工作。串行連接分電壓，並行連接分電流。

（3）TVS的最大鉗位電壓VC應小於(yu) 被保護電路的損壞電壓。

（4）在規定的脈衝(chong) 持續時間內(nei) ，TVS的最大峰值脈衝(chong) 功耗PM必須大於(yu) 被保護電路內(nei) 可能出現的峰值脈衝(chong) 功率。在確定了最大鉗位電壓後，其峰值脈衝(chong) 電流應大於(yu) 瞬態浪湧電流。

（5）對於(yu) 數據接口電路的保護，還必須注意選取具有合適電容C的TVS器件。

（6）根據用途選用TVS的極性及封裝結構。交流電路選用雙極性TVS較為(wei) 合理；多線保護選用TVS陣列更為(wei) 有利。

（7）溫度考慮。瞬態電壓抑製器可以在－55℃～+150℃之間工作。如果需要TVS在一個(ge) 變化的溫度工作，由於(yu) 其反向漏電流ID是隨增加而增大；功耗隨TVS 結溫增加而下降，從(cong) +25℃～+175℃，大約線性下降50％雨擊穿電壓VBR隨溫度的增加按一定的係數增加。因此，必須查閱有關(guan) 產(chan) 品資料，考慮溫度變化對其特性的影響。

處理瞬時脈衝(chong) 對元件損害的最好辦法是將瞬時電流從(cong) 感應元件引開。TVS二極管在線路板上與(yu) 被保護線路並聯，當瞬時電壓超過電路正常工作電壓後，TVS二極管便產(chan) 生雪崩，提供給瞬時電流一個(ge) 超低電阻通路，其結果是瞬時電流透過二極管被引開，避開被保護元件，並且在電壓恢複正常值之前使被保護回路一直保持截止電壓。當瞬時脈衝(chong) 結束以後，TVS二極管自動回覆高阻狀態，整個(ge) 回路進入正常電壓。許多元件在承受多次衝(chong) 擊後，其參數及性能會(hui) 產(chan) 生退化，而隻要工作在限定範圍內(nei) ，二極管將不會(hui) 產(chan) 生損壞或退化。

從(cong) 以上過程可以看出，在選擇TVS二極管時，必須注意以下幾個(ge) 參數的選擇：

1. 最小擊穿電壓VBR和擊穿電流I R 。VBR是TVS最小的擊穿電壓，在25℃時，低於(yu) 這個(ge) 電壓TVS是不會(hui) 產(chan) 生雪崩的。當TVS流過規定的1mA電流(IR )時，加於(yu) TVS兩(liang) 極的電壓為(wei) 其最小擊穿電壓V BR 。按TVS的VBR與(yu) 標準值的離散程度，可把VBR分為(wei) 5％和10％兩(liang) 種。對於(yu) 5％的VBR來說，V WM =0.85VBR；對於(yu) 10％的VBR來說，V WM =0.81VBR。為(wei) 了滿足IEC61000-4-2國際標準，TVS二極管必須達到可以處理最小8kV(接觸)和15kV(空氣)的ESD衝(chong) 擊，部份半導體(ti) 廠商在自己的產(chan) 品上使用了更高的抗衝(chong) 擊標準。對於(yu) 某些有特殊要求的可攜設備應用，設計者可以依需要挑選元件。

2.最大反向漏電流ID和額定反向切斷電壓VWM。VWM是二極管在正常狀態時可承受的電壓，此電壓應大於(yu) 或等於(yu) 被保護電路的正常工作電壓，否則二極管會(hui) 不斷截止回路電壓；但它又需要盡量與(yu) 被保護回路的正常工作電壓接近，這樣才不會(hui) 在TVS工作以前使整個(ge) 回路麵對過壓威脅。當這個(ge) 額定反向切斷電壓VWM加於(yu) TVS的兩(liang) 極間時它處於(yu) 反向切斷狀態，流過它的電流應小於(yu) 或等於(yu) 其最大反向漏電流ID。

3.最大鉗位電壓VC和最大峰值脈衝(chong) 電流I PP 。當持續時間為(wei) 20ms的脈衝(chong) 峰值電流IPP流過TVS時，在其兩(liang) 端出現的最大峰值電壓為(wei) VC。V C 、IPP反映了TVS的突波抑製能力。VC與(yu) VBR之比稱為(wei) 鉗位因子，一般在1.2~1.4之間。VC是二極管在截止狀態提供的電壓，也就是在ESD衝(chong) 擊狀態時通過TVS的電壓，它不能大於(yu) 被保護回路的可承受極限電壓，否則元件麵臨(lin) 被損傷(shang) 的危險。

4. Pppm額定脈衝(chong) 功率，這是基於(yu) 最大截止電壓和此時的峰值脈衝(chong) 電流。對於(yu) 手持設備，一般來說500W的TVS就足夠了。最大峰值脈衝(chong) 功耗PM是TVS能承受的最大峰值脈衝(chong) 功耗值。在特定的最大鉗位電壓下，功耗PM越大，其突波電流的承受能力越大。在特定的功耗PM下，鉗位電壓VC越低，其突波電流的承受能力越大。另外，峰值脈衝(chong) 功耗還與(yu) 脈衝(chong) 波形、持續時間和環境溫度有關(guan) 。而且，TVS所能承受的瞬態脈衝(chong) 是不重覆的，元件規定的脈衝(chong) 重覆頻率(持續時間與(yu) 間歇時間之比)為(wei) 0.01％。如果電路內(nei) 出現重覆性脈衝(chong) ，應考慮脈衝(chong) 功率的累積，有可能損壞TVS。

5. 電容器量C。電容器量C是由TVS雪崩結截麵決(jue) 定的，是在特定的1MHz頻率下測得的。C的大小與(yu) TVS的電流承受能力成正比，C太大將使訊號衰減。因此，C是數據介麵電路選用TVS的重要參數。電容器對於(yu) 數據/訊號頻率越高的回路，二極管的電容器對電路的幹擾越大，形成噪音或衰減訊號強度，因此需要根據回路的特性來決(jue) 定所選元件的電容器範圍。高頻回路一般選擇電容器應盡量小(如 LCTVS、低電容器TVS，電容器不大於(yu) 3pF)，而對電容器要求不高的回路電容器選擇可高於(yu) 40pF。

瞬態電壓抑製二極管特性曲線：

單向TVS二極管特性曲線

雙向TVS二極管特性曲線

ESD靜電防護二極管

“ESD靜電管”這種稱呼不符合專(zhuan) 業(ye) 術語，隻能簡單理解為(wei) 用於(yu) ESD靜電保護的二極管稱之為(wei) ESD靜電管，業(ye) 界也沒有這種稱呼。

高速輸入/輸出端口要求使用電容小的ESD保護器件，盡量保持信號質量不會(hui) 下降。選用的器件應當適合高速數據傳(chuan) 輸線路和無線電頻率數據線路，能夠經受無數次的ESD瞬變電壓。要符合RoHS 和IEC61000-4-2的要求，電容要小，觸發電壓要低，響應時間要短，這些也是ESD保護器件的重要特性。

TVS吸收能量大，反映慢，適合浪湧防護，ESD二極管吸收能力小，但反應速度快，適合靜電場合。

ESD 靜電二極管並聯於(yu) 電路中，當電路正常工作時，它處於(yu) 截止狀態（高 阻態），不影響線路正常工作，當電路出現異常過壓並達到其擊穿電 壓時，它迅速由高阻態變為(wei) 低阻態，給瞬間電流提供低阻抗導通路徑， 同時把異常高壓箝製在一個(ge) 安全水平之內(nei) ，從(cong) 而保護被保護被保護 IC 或線路；當異常過壓消失，其恢複至高阻態，電路正常工作。

1、ESD 靜電二極管使用時是並聯在被保護電路上，正常情況下 對線路的工作不應產(chan) 生任何的影響；

2、擊穿電壓 VBR 的選擇：ESD 靜電二極管的擊穿電壓應大於(yu) 線 路最高工作電壓 Um 或者信號電平的最大電壓值；

3、脈衝(chong) 峰值電流 IPP 和最大箝位電壓 VC 的選擇：ESD 靜電二 極管使用時，要根據線路上可能出現的最大浪湧電流來選擇 IPP 合 適的型號。要注意的是，此時的最大箝位電壓 VC 應不大於(yu) 被保護芯 片所能耐受的最大峰值電壓；

4、用於(yu) 信號傳(chuan) 輸電路保護時，一定要注意所傳(chuan) 輸信號的頻率或 傳(chuan) 輸速率，當信號頻率或傳(chuan) 輸速率較高時，應選用低電容係列的管子。

5、要采用 Array 式的 ESD 保護組件，這樣才可以用最少的組件 數來縮小 PCB 的空間及降低 PCB 的寄生阻抗;

6、ESD 保護組件的線路電容要夠低，如 USB2.0 需要用小於(yu) 3pF， USB3.0 需要用小於(yu) 0.3pF，10/100M LAN 需要用小於(yu) 3pF 的 ESD 保護 元件;

7、ESD 保護元件的箝製電壓必須要夠低，才能使係統在 ESD 發 生時還能不受幹擾地運作，至於(yu) 要多低的箝製電壓才夠，則要看係統 的噪聲免疫能力而定。

ESD保護二極管，是一種有效的防靜電保護器件，取代了以往的壓敏電阻、TVS瞬態抑製二極管，成為(wei) 了電子行業(ye) 緊俏、流行的靜電保護器件。在電子行業(ye) 中，ESD靜電防護的最終目的是：在電子元器件、組件和設備的製造過程中，通過一定的靜電防護措施，抵禦ESD靜電的破壞性來保障產(chan) 品的正常運行。ESD靜電保護二極管，與(yu) 傳(chuan) 統的靜電防護器件相比，其優(you) 越性更加顯著:

超快響應時間，小於(yu) 1ns超低電容值，小於(yu) 0.05p超低漏電流，小於(yu) 0.1nA超耐用，有效動作大於(yu) 40萬(wan) 次符合IEC61000-4-2行業(ye) 標準

常用型號：，SMF5.0A，SMF6.0CA，SMF6.0A，SMF6.5CA