比較TVS單顆與兩顆並聯的箝位電壓表現(二)EPD TVS 二極體 – 淺層回勾特性

在靜電測試條件較嚴格或受保護的IC較不耐受時，單顆TVS二極體可能無法提供足夠的保護。因此，客戶有時會在單一電路介面上使用多顆TVS元件，以確保最佳保護效果。研究不同類型TVS元件並聯使用時對整體效能的影響是非常重要的。

本文將以Semtech的TVS為例，探討其Diode、EPD和SCR三種常見製程的表現。繼上ㄧ篇基本PN結構TVS，本次來談 EPD TVS 二極體 – 淺層回勾特性。

TVS 二極體（瞬間電壓抑制二極體）

2.EPD TVS 二極體 – 淺層回勾特性

特性：

• 比基本 PN 結構 TVS更低的電容： 
• EPD TVS 二極體的電容比傳統 PN 接面元件低，這使它在高頻應用中表現得更好。
• 工作電壓小於 5V： 
• EPD TVS 二極體的工作電壓通常小於 5 伏特，非常適合低電壓應用。
• 低動態電阻： 
• EPD TVS 二極體具有較低的動態電阻，這意味著它能更快速、更有效地限制瞬間突波電壓。
• 功率處理能力略有提升： 
• 雖然整體功率處理能力受限，但相較於傳統 PN 元件，它在某些應用中顯示出略高的功率處理能力。

 優點：

• 比 PN 接面更低的箝位電壓： 
• EPD TVS 二極體能提供更低的箝位電壓，保護效果更好，尤其是在敏感電子設備中。
• 沒有衰減： 
• EPD TVS 二極體不會因為多次瞬間突波事件而衰減或失效，具有更長的壽命。
• 較低的啟動電壓： 
• 它具有比 PN 接面二極體更低的啟動電壓，這意味著它能更早對過電壓事件做出反應。

 缺點：

• 突波能力受晶片尺寸限制： 
• EPD TVS 二極體的突波承受能力仍然受限於晶片的大小，對於極高能量的突波事件，其保護效果有限。
• 在有電的線路上使用時可能會產生閂鎖效應： 
• 如果 EPD TVS 二極體被使用在有電源的線路中，可能會出現閂鎖效應，這會導致持續導通的問題，影響電路的正常運行。

總結：

EPD TVS 二極體在低電壓和高頻應用中具有優勢，尤其適合保護敏感的低電壓設備。然而，由於其晶片尺寸限制，突波處理能力仍然存在瓶頸，並且在某些應用中可能會出現閂鎖效應。

以下為EPD結構TVS 並聯測試，測試條件依據 IEC61000-4-2 標準，使用 8KV 的 Clamping voltage。可以觀察到，無論是 1ns 峰值的 clamping voltage 還是 30ns 的 clamping voltage，都有顯著差異。

以下為基本EPD結構 TVS 並聯測試，測試條件為 TLP (Transmission Line Pulse) 的 Clamping voltage。從測試結果可以清楚看到顯著的差異。


測試板TVS擺設方式與各元件的是離距離

FAQ

1.問：在選擇單向和雙向TVS保護元件之間，您應該如何做出決定呢？

單雙向TVS皆可保護正負的突波，主要為取決於訊號是否有正負的工作電壓，若有正負工作電壓的環境就需要使用雙向TVS，一般直流電或是只有正壓的訊號線可以使用單向或是雙向TVS皆可。

2.問：為什麼挑選靜電放電（ESD）保護元件的電容值重要？

TVS的半導體接合面會有寄生電容產生，若為DC直流環境，此電容影響是非常小的，但是應用於高速訊號線時，訊號在變化中電容會影響訊號的上升及下降波形，當波形變化太大對於接受端就會無法判別準位，因此需要選擇寄生電容小的TVS。

3.問：是否可以將多個靜電保護元件並聯或串連以提供更好的保護效果？

將多個靜電保護元件並聯使用（並聯保護）可以提供更好的保護效果。這是因為並聯保護會將靜電放電能量分散到多個保護元件，從而降低每個元件上的電壓，提高整體保護效率。相比之下，將多個靜電保護元件串聯使用（串聯保護）會增加串聯電阻並提高箝位電壓。這樣做可能會導致過多的電流落在被保護的元件上，從而降低了其保護能力，反而可能對敏感元件造成損害。

4.問：選擇保護元件時如何選TVS的工作電壓？

「Reverse Stand-Off Voltage」是指TVS（Transient Voltage Suppressor）保護元件的反向截止電壓。這是保護元件在正常工作狀態下可以承受的最大反向電壓，也就是它的反向偏壓。當電路中的反向電壓低於這個值時，保護元件不會導通，不會影響電路的正常運作。這個參數在選擇TVS保護元件時非常重要，特別是在應對過壓保護的情況下。選擇的反向耐壓電壓必須高於電路中可能出現的最大反向電壓，同時又不能太高，以避免影響正常操作。

例如，如果您的電路最大的反向電壓是12伏特，您可以選擇一個反向耐壓電壓稍高於12伏特的TVS保護元件。這樣，當出現一些小的反向過壓時，保護元件不會導通。然而，當出現超過12伏特的反向過壓時，保護元件會迅速導通，將多餘的電壓引導到地，防止過電壓對電路造成損害。總之，理解並選擇適當的TVS保護元件的反向耐壓電壓是確保電路在遭受反向過壓時能夠得到適當保護的重要一環。

5.問：如何選擇適合的靜電保護元件？

選擇適合的靜電保護元件需要考慮多個因素，以確保它能夠有效地保護您的電路免受靜電放電和過電壓的影響。以下是選擇靜電保護元件的一些建議步驟：

1. 了解應用需求：首先，確定您的應用的需求。考慮您需要保護的工作環境，例如溼度的高低，使用的頻繁度等，都與需要保護的等級有關係。
2. 確定保護位置：確定保護元件應該放置在電路中的哪個位置。通常情況下，保護元件應該位於電路接口處、輸入/輸出端口，以及敏感元件周圍。
3. 選擇元件類型：靜電保護元件有多種類型，包括TVS二極管、Varistor、Gas Discharge Tube等。根據您的應用需求，選擇最適合的元件類型。
4. 工作電壓範圍：根據您的應用的最大操作電壓，選擇具有適當工作電壓範圍的保護元件。
5. 過電壓保護等級：選擇一個適當的過電壓保護等級，即保護元件導通時的電壓。這應該在不影響電路性能的情況下提供足夠的保護。
6. 最大耐電流：確保保護元件可以承受可能的瞬態過電流。
7. 反應速度： 不同的保護元件對過電壓的應對速度可能不同。根據您的應用，選擇適合的應對速度。