Миниатюрные TVS диоды для защиты от электростатического разряда от TDK/EPCOS

В начале 2021 года компания TDK/EPCOS представила новинку – новый класс защитных компонентов от электростатического разряда (electrostatic discharge, ESD) – TVS диоды (transient voltage suppressor). TVS диоды представляют собой отдельный класс полупроводниковых приборов двунаправленного действия, предназначенных для ограничения скачков напряжения на уровне напряжения фиксации (clamping voltage).

Принцип действия TVS диода

TVS диод имеет следующие характеристики:

• Обратное рабочее напряжение (Reverse Working Voltage,  VRWM) – максимальное рабочее напряжение постоянного тока. При этом напряжении диод закрыт, и действует как высокоомное сопротивление (емкость).
• Напряжение пробоя (Breakdown Voltage,  VBR) – это уровень напряжения, при котором диод начинает проводить значительный ток (режим лавинного пробоя) и происходит отсечение приложенного напряжения, то есть диод начинает работать как низкоомное сопротивление.
• Пиковый импульсный ток (Peak pulse current, IPP) – это максимальный импульсный ток, который может протекать, для конкретного диода.
• Максимальное напряжение фиксации (Maximum clamping voltage,  VC) – максимальное падение напряжения на диоде при IPP.
• Обратный ток утечки (Reverse leakage current, IR) – это ток, измеряемый при VRWM.

Вольт-амперная характеристика TVS диода

В настоящее время можно выделить три применяемых способа защиты от электростатического разряда (ESD) – это применение варистора (multi-layer varistor, MLV clamping), собственная встроенная защита микросхем  (IC self-protection) и защитные TVS диоды.

Защита от электростатического разряда

Отличительными особенностями TVS диодов являются – низкое напряжение фиксации (clamping Voltage) и очень низкая паразитная емкость, что позволяет их применять для защиты в интерфейсах с ультравысокими скоростями передачи данных – USB стандартов 3.1 и 3.2 (скорость передачи до 10 и 20 Гбит/с соответственно) и USB 4.0 (скорость 40 Гбит/с).

Среди новинок TVS диодов от TDK/EPCOS есть две разновидности: GP type (general purpose) – TVS диоды общего назначения, к ним относятся B74121G0050M060 с емкостью 12 пФ и B74111G0050M060 с емкостью порядка 5 пФ; и UCL (ultra low cap) – TVS диоды B74121U0033M060 (емкость 0.65 пФ) и B74111U0033M060 с емкостью 0.48 пФ.

TVS диоды общего назначения (GP type) имеют типовое рабочее напряжение (VRWM) 5 В и напряжение пробоя (VBR) 6.8 В. Напряжение фиксации (VC) 7.2 В при пиковом импульсном токе (IPP) 8 А или 8 В при пиковом импульсном токе 16 А (для B74121G0050M060), и напряжение фиксации (VC) 7.6 В при пиковом импульсном токе (IPP) 8 А или 8.9 В при пиковом импульсном токе 16 А (для B74111G0050M060).

TVS диоды ультра малой емкости (UCL) имеют типовое рабочее напряжение (VRWM) 3.3 В и напряжение пробоя (VBR) 6.3 В. Напряжение фиксации (VC) 3.9 В при пиковом импульсном токе (IPP) 8 А или 5.2 В при пиковом импульсном токе 16 А (для B74121U0033M060), и напряжение фиксации (VC) 3.8 В при пиковом импульсном токе (IPP) 8 А или 5.0 В при пиковом импульсном токе 16 А (для B74111U0033M060).

Также к дополнительным плюсам TVS диодов можно отнести малое время отклика и низкий ток утечки (IR) порядка 2 нА при напряжении 3.3 В для диодов GP типа, и порядка 1 нА при напряжении 3.3 В для диодов UCL типа. TVS диоды компании TDK/EPCOS выпускаются в корпусах 0201 case (0603 в метрической системе) толщиной 150 мкм, и 01005 case (0402 в метрической системе) толщиной 100 мкм, то есть обладают ультрамалыми размерами и являются одними из самых миниатюрных полупроводниковых приборов в своем классе.

Новые защитные компоненты разработаны в соответствии со стандартом IEC 61000-4-2 для контактного разряда электростатики (ESD) напряжением до 24 кВ, что значительно превышает требования стандарта. Несмотря на свои миниатюрные размеры, TVS диоды от компании TDK/EPCOS допускают большой скачок тока нагрузки до 8 А в соответствии с IEC 61000-4-5 (8/20 мкс).

Представленные TVS диоды могут применяться в различных приложениях интернета вещей (IoT), умного дома или систем Индустрии 4.0. А за счет своего миниатюрного размера новые TVS диоды отлично подходят для устройств носимой электроники – смартфонов, ноутбуков, планшетов, умных часов и беспроводных наушников.