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TVS工作電壓若訂定錯誤 可能引發的Latch-up風險

  • 尤嘉禾/台北

表1:TVS工作電壓訂定錯誤的案例。

目前各式各樣的電子產品充斥在我們的生活中,如智慧型手機、衛星導航機、數位電視、電子醫療產品、車用電子等已成為現代生活的一部分。為避免靜電放電引發系統產品當機甚至損毀的問題,研發工程師在產品開發初期就會評估採用TVS防護元件。

追求更有效的防護方案時必須留意TVS的工作電壓(VRWM)參數,若僅一味追求更低鉗位電壓的方案,可能造成Latch-up風險導致系統無法正常工作,嚴重時甚至引發EOS損壞電路。近幾年部分TVS供應商在規格書編寫時容易誤導研發工程師誤判工作電壓,導致TVS防護元件被誤植在不適合的應用訊號上。

圖1:將TVS1及TVS2放在系統上,Holding voltage過低的TVS2會改變原本的5V電壓。

本文會介紹在TVS規格書中須留意的說明訊息,避免在選擇TVS時在系統上留下(Latch-up)閂鎖效應的風險。

一般在選擇合適的TVS時,必須留意TVS元件本身的工作電壓參數以及啟動導通後的最低工作電壓(Vhold)的數據規格,晶焱科技確保TVS靜電防護元件的Vhold必須大於VRWM以提供客戶無閂鎖效應風險的TVS。

表1的表格中兩顆不同的TVS皆標示可應用於5V工作電壓,主要差異在於Holding voltage不同。此處TVS2的Holding voltage 2.5V < 工作電壓(VRWM)的5V,若系統工程師真的將此TVS用於5V應用的防護將引發Latch-up的風險。

如圖1所示,在1-1中直接將TVS1及TVS2配置在系統上,利用示波器可量測到正常工作時被保護的應用線路輸出的訊號電壓位準是5V,在未遭遇任何雜訊干擾前均可保持電壓在5V訊號位準,1-2中使用0.1kV的靜電槍模擬外界突波雜訊進行干擾後,可量測到TVS2在啟動後因Holding voltage過低而將原本輸出電壓由5V訊號位準降低至2.3V。

舉例來說,若將上述TVS2元件應用在Type-C中的CC Pin位置,因CC Pin訊號最高電壓可達5.5V位準、但TVS2只要遭遇突波啟動後因Vhold < VRWM 就會造成系統訊號由原本的5V拉低至2.3V訊號位準,不但可能導致資料傳送的異常,甚至極可能發生Latch-up而引發持續的大電流,系統若嚴重燒毀將導致嚴重的公共安全隱憂。

晶焱科技的TVS產品在研發初期就會考量適合的工作電壓應用,確認提供客戶使用的TVS Vhold > VRWM來隔絕發生閂鎖效應的風險。系統工程師在挑選防護方案時,除追求低鉗位電壓使系統遭遇外在靜電突波時仍可以維持系統的穩定度,同時務必挑選無閂鎖效應風險的TVS,以維持系統的穩定。(本文由晶焱科技設計研發部Neil Huang提供,尤嘉禾整理報導)