EOS防护元件的选用技巧 - 从传统防护元件的限制到TVS的诞生

身处于一个科技的时代，各式各样的电子产品充斥在我们的生活中，电子产品如智能手机、个人电脑、数字电视等已成为现代生活的一部分。这些电子产品由于频繁地与外界接触，当插拔电源或信号线缆时，就有可能遭受EOS（Electrical Over Stress，电气过载）的破坏。由于EOS干扰突波的无所不在，越来越多国际大厂为了自身产品的稳定及维护品牌的价值，在产品出厂前都会要求进行国际规范IEC61000-4-5抗雷击能力测试，确保产品在EOS事件发生时有足够的抵抗能力。

针对消费性电子来说，需要特别注意EOS突波问题主要会发生在高速信号的接口处、电源供应处、以及人体容易接触的屏幕、耳机孔等等。在这些容易遭受EOS袭击的地方，我们可以依据应用特性的不同，加上不同的防护元件去增强这些脆弱点抵抗EOS的能力。只要这些容易发生EOS的地方被妥善地保护，电子产品在产线或市场的故障返修率也就可以大幅降低。

在EOS防护元件的选择上，齐纳二极管（Zener Diode）、压敏电阻（Varistor）、陶瓷气体放电管（Gas Tube）、可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier，SCR）都有相当久的使用历史了，但现在的消费性电子功能强大，USB4、HDMI2.1等高速传输接口的普及、轻薄短小的电子产品都让这些防护元件显得不合时宜。比如说齐纳二极管的缺点就是体积大、电容值也大，要放在轻薄的行动装置上就略显困难。而要用作高速信号的主芯片防护电路上；压敏电阻的缺点是会老化且箝位电压及启动电压都偏高；陶瓷气体放电管虽然元件本身具有很强的EOS抵抗能力，但其触发电压很高，常常陶瓷气体放电管还未导通，高速信号的主芯片就已被EOS破坏。可控硅整流器的问题也类似，触发电压太高，并且崩溃发生后的维持电压（Holding Voltage, Vh）太低，当EOS突波轰击结束后，过低的维持电压很容易造成闩锁效应（Latch-up），主芯片反而因此损坏。

归纳出这些缺点，晶焱科技凭借着过去在静电防护工程的经验，提出最新型的暂态电压抑制器（Transient Voltage Suppressor，TVS）。图1是一个使用TVS来保护电源端的例子：当系统的电源端出现异常突波（transient pulse）能量时，如果没有使用TVS，这个突波会直接破坏内部芯片，造成系统当机或无法正常工作；若突波发生时安装了TVS防护元件，异常的电源突波就会被有效抑制成较低的箝位电压值（Vclamp），让系统可以正常运作。

晶焱科技所研发的TVS可说是集各家大成的半导体制程元件，其特性为电容小、导通速度快。根据电压应用的不同，我们提供足够的维持电压以避免闩锁效应的发生；此外，针对不同的终端应用，我们也提供多种封装尺寸。不论是为了产品的稳定性，或为了品牌的良好口碑而想提升产品抗EOS能力的客户，只要依照下列几个方向，就能轻易地在晶焱科技的产品线中挑选出适合的TVS防护元件，增强产品抵抗EOS轰击的能力，大幅提升产品的稳定度。

图1. TVS保护电源系统的工作原理