ESD 與 TVS 的基本定義

ESD指靜電放電，是電荷在不同電位物體間轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。

TVS（瞬變電壓抑制二極管）是一種高效能保護器件，能在遭遇反向瞬態(tài)高能量沖擊時迅速將高阻抗轉(zhuǎn)為低阻抗，吸收浪涌功率，保護電子元件。

ESD靜電放電保護的三種模型

ESD靜電放電保護涉及三種主要模型。其中HBM（人體模型）和MM（機器模型）最為常用，確保人或設(shè)備對器件放電時器件不受損。HBM CLASS 1C模型模擬1000-2000V充電的100pF電容通過1500Ω電阻放電，而MM模型能量更大，無串聯(lián)電阻，電容200pF，電壓200-400V。兩者放電特性不同，HBM峰值電流<0.75A，持續(xù)150ns；MM峰值電流<8A，僅5ns。雷擊浪涌保護則涉及更高峰值電流和更長時間。

TVS 與 ESD 防護器件的核心區(qū)別

TVS與ESD防護器件兩者的工作原理相似，但TVS電容值較高，適用于更廣泛的電壓保護場景；而ESD器件專為防靜電設(shè)計，電容值低。簡而言之，TVS更側(cè)重于廣泛的電壓瞬變保護，而ESD則專注于靜電防護。

ESD與TVS（瞬變電壓抑制二極管）在原理上相似，但應(yīng)用上有所區(qū)別。

ESD專注于防靜電，要求低電容值（1-3.5pF最佳），而TVS電容值較高。測試顯示，TVS在IEC61000-4-2標準下的保護性能遠超貼片壓敏電阻。壓敏電阻通過物理吸收原理工作，易受損傷；TVS則采用半導(dǎo)體鉗位原理，瞬間轉(zhuǎn)移能量，對器件無影響。

TVS常用于初級和次級保護，抵御浪涌；ESD則專注于板級保護，對抗靜電。選擇時，TVS看重功率與封裝，ESD則關(guān)注ESD評級（HBM/MM）及IEC61000-4-2標準等級，高速接口還需考慮容值。

結(jié)構(gòu)上，TVS為兩腳器件，ESD抑制二極管常為三腳，通過兩個二極管串聯(lián)形成。應(yīng)用上，TVS在電源輸入端防浪涌，保護后級電路；ESD二極管則連接電源與保護引腳，釋放靜電。

TVS瞬態(tài)抑制二極管

瞬態(tài)抑制二極管（TVS），作為高效能電路保護器件，能以pS級速度限制過高電壓至安全范圍，保護后級電路。其響應(yīng)速度極快，分高低結(jié)電容型，適應(yīng)不同頻率需求。TVS能吸收高浪涌功率，工作阻抗在承受大脈沖時驟降，鉗制電壓于預(yù)定水平，響應(yīng)時間僅10^-12秒。它分雙向與單向，適用于交流與直流電路，有效防雷擊、過電壓等。關(guān)鍵電參數(shù)包括擊穿電壓V(BR)與最大反向脈沖峰值電流IPP，選型時需確保TVS的瞬態(tài)脈沖功率大于被保護對象的最大浪涌功率。

瞬態(tài)電壓抑制二極管分類

極性：單極性與雙極性。

用途：通用型（適用各種電路）與專用型（如交流電壓、環(huán)保電流、數(shù)據(jù)線等特定保護器）。

封裝及結(jié)構(gòu)：軸向引線、雙列直插陣列、貼片式、組件式、大功率模塊式等。

瞬態(tài)電壓抑制二極管應(yīng)用廣泛，涵蓋計算機、通訊、電源、汽車、家電、儀器儀表等多個領(lǐng)域，保護設(shè)備免受瞬態(tài)電壓沖擊。

其特點包括：防止微處理器等因靜電放電、電源浪涌等瞬間脈沖而失靈。吸收高電壓脈沖，保護TTL等敏感器件，消除總線開關(guān)干擾。置于信號線與接地間，減少噪音對數(shù)據(jù)及控制總線的影響。

瞬態(tài)電壓抑制二極管選用技巧

確定被保護電路的最大工作電壓，確保TVS的VWM大于此值。

TVS的VC應(yīng)小于被保護電路的損壞電壓。

TVS的PM需大于可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率，IPP大于瞬態(tài)浪涌電流。

數(shù)據(jù)接口保護需注意TVS的電容C。

根據(jù)電路類型（交流/直流）選用合適的極性和封裝結(jié)構(gòu)。

考慮工作環(huán)境溫度對TVS特性的影響。

關(guān)鍵參數(shù)包括

VBR：最小擊穿電壓，決定TVS開始導(dǎo)通的點。

VWM：反向切斷電壓，應(yīng)大于或等于被保護電路工作電壓。

VC：最大鉗位電壓，不應(yīng)超過被保護電路極限。

IPP：最大峰值脈沖電流，反映突波抑制能力。

PM：額定脈沖功率，衡量TVS的耐沖擊能力。

lC：電容值，影響高頻信號，需根據(jù)回路特性選擇。

特性曲線中的關(guān)鍵點包括VBR、VRWM、VC、VF、IR、IT、IPP、IF，分別代表崩潰電壓、維持電壓、鉗制電壓、正向?qū)妷?、逆向漏電流、崩潰測試電流、突波峰值電流和正向?qū)娏鳌?/p>

ESD 靜電防護二極管

“ESD靜電管”非專業(yè)術(shù)語，實為用于靜電放電（ESD）保護的二極管。高速I/O端口需低電容ESD保護器件，以確保信號質(zhì)量。這類器件需符合RoHS與IEC61000-4-2標準，特性包括低電容、低觸發(fā)電壓、短響應(yīng)時間。

ESD二極管與TVS管相比，前者適合靜電場合，后者適合浪涌防護。ESD二極管并聯(lián)于電路，常態(tài)下不影響線路，遇異常過壓則迅速導(dǎo)通，箝制電壓至安全水平，過壓消失后恢復(fù)常態(tài)。

ESD靜電防護二極管選型要點

并聯(lián)于被保護電路，不影響正常工作。

擊穿電壓高于最高工作電壓。

根據(jù)最大浪涌電流選擇脈沖峰值電流IPP，確保箝位電壓VC不超芯片承受極限。

高頻信號選用低電容系列。

使用Array式組件以節(jié)省空間并降低寄生阻抗。

確保線路電容足夠低，如USB2.0<3pF，USB3.0<0.3pF等。

箝位電壓需足夠低，以保持系統(tǒng)抗干擾能力。

ESD保護二極管以超快響應(yīng)、超低電容、超低漏電流、超耐用性及符合行業(yè)標準為優(yōu)勢，已廣泛替代傳統(tǒng)靜電防護器件，成為電子行業(yè)防靜電保護的優(yōu)選方案。

晶揚電子 | 電路與系統(tǒng)保護專家

深圳市晶揚電子有限公司成立于2006年，是國家重點專精特新“小巨人”科技企業(yè)、國家高新技術(shù)企業(yè)、深圳知名品牌、廣東省制造業(yè)單項冠軍產(chǎn)品、深圳市制造業(yè)單項冠軍企業(yè)，知識產(chǎn)權(quán)示范企業(yè)，建成廣東省ESD靜電保護芯片工程技術(shù)研究中心，榮獲中國發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎金獎等。是多年專業(yè)從事IC設(shè)計、生產(chǎn)、銷售及系統(tǒng)集成的集成電路設(shè)計公司，在成都、武漢和加拿大設(shè)立有研發(fā)中心，擁有超百項知識產(chǎn)權(quán)和專利，業(yè)內(nèi)著名的“電路與系統(tǒng)保護專家”。為各類電子產(chǎn)品提供全方位、全覆蓋的靜電保護、高邊開關(guān)等保護方案。

主營產(chǎn)品:ESD、TVS、MOS管、DC-DC,LDO系列、工業(yè)&車規(guī)傳感器、高邊開關(guān)（HSD)芯片、電流傳感器、汽車開關(guān)輸入芯片等。廣泛應(yīng)用于電腦、電視、手機、網(wǎng)絡(luò)通信、智能穿戴、安防、家電、新能源汽車等多個領(lǐng)域，形成了強大的市場競爭力。