TVS工作电压若订定错误 可能引发的Latch-up风险

2020/10/29 - 尤嘉禾

目前各式各样的电子产品充斥在我们的生活中，如智能手机、卫星导航机、数码电视、电子医疗产品、车用电子等已成为现代生活的一部分。为避免静电放电引发系统产品当机甚至损毁的问题，研发工程师在产品开发初期就会评估采用TVS防护元件。

追求更有效的防护方案时必须留意TVS的工作电压(VRWM)参数，若仅一味追求更低钳位电压的方案，可能造成Latch-up风险导致系统无法正常工作，严重时甚至引发EOS损坏电路。近几年部分TVS供应商在规格书编写时容易误导研发工程师误判工作电压，导致TVS防护元件被误植在不适合的应用信号上。

本文会介绍在TVS规格书中须留意的说明信息，避免在选择TVS时在系统上留下(Latch-up)闩锁效应的风险。

一般在选择合适的TVS时，必须留意TVS元件本身的工作电压参数以及启动导通后的最低工作电压(Vhold)的数据规格，晶焱科技确保TVS静电防护元件的Vhold必须大于VRWM以提供客户无闩锁效应风险的TVS。

表1的表格中两颗不同的TVS皆标示可应用于5V工作电压，主要差异在于Holding voltage不同。此处TVS2的Holding voltage 2.5V < 工作电压(VRWM)的5V，若系统工程师真的将此TVS用于5V应用的防护将引发Latch-up的风险。

如图1所示，在1-1中直接将TVS1及TVS2配置在系统上，利用示波器可量测到正常工作时被保护的应用线路输出的信号电压位准是5V，在未遭遇任何杂讯干扰前均可保持电压在5V信号位准，1-2中使用0.1kV的静电枪模拟外界突波杂讯进行干扰后，可量测到TVS2在启动后因Holding voltage过低而将原本输出电压由5V信号位准降低至2.3V。

举例来说，若将上述TVS2元件应用在Type-C中的CC Pin位置，因CC Pin信号最高电压可达5.5V位准、但TVS2只要遭遇突波启动后因Vhold < VRWM 就会造成系统信号由原本的5V拉低至2.3V信号位准，不但可能导致数据传送的异常，甚至极可能发生Latch-up而引发持续的大电流，系统若严重烧毁将导致严重的公共安全隐忧。

晶焱科技的TVS产品在研发初期就会考量适合的工作电压应用，确认提供客户使用的TVS Vhold > VRWM来隔绝发生闩锁效应的风险。系统工程师在挑选防护方案时，除追求低钳位电压使系统遭遇外在静电突波时仍可以维持系统的稳定度，同时务必挑选无闩锁效应风险的TVS，以维持系统的稳定。(本文由晶焱科技设计研发部Neil Huang提供，尤嘉禾整理报导)


图说：表1：TVS工作电压订定错误的案例。


图说：图1：将TVS1及TVS2放在系统上，Holding voltage过低的TVS2会改变原本的5V电压。