多層壓敏電阻MLV在汽車電路保護(hù)中的應(yīng)用

基于多層壓敏電阻 (MLV) 的瞬態(tài)電壓抑制 (TVS) 旨在防止電壓尖峰對(duì)敏感設(shè)備和電路造成損壞。傳感器、電路和電子元件的損壞會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵功能失效，導(dǎo)致車輛在維修之前無(wú)法運(yùn)行。

破壞性電壓尖峰的來(lái)源可能包括靜電放電（ESD 或靜電沖擊）、雷擊引起的感應(yīng)二次電壓（高壓 ESD）、電磁脈沖、電機(jī)開關(guān)產(chǎn)生的電壓浪涌、跨接啟動(dòng)、給電磁線圈致動(dòng)器通電、故障產(chǎn)生的電弧和交流發(fā)電機(jī)切換的負(fù)載突降。當(dāng)電路或系統(tǒng)遇到破壞性的電壓尖峰時(shí)，通常關(guān)閉的 MLV 被激活并通過將尖峰重定向到地面來(lái)保護(hù)設(shè)備。

多層壓敏電阻MLV 由摻雜有半導(dǎo)體氧化鋅 (ZnO) 的精細(xì)均勻晶粒陶瓷制成，可產(chǎn)生肖特基勢(shì)壘響應(yīng)。壓敏電阻是通過在燒結(jié)過程中用非常薄的電絕緣陶瓷層包圍 ZnO 晶粒來(lái)制造的。所使用的絕緣陶瓷是一種溫度穩(wěn)定的類似 X7R 的電介質(zhì)，可提供較寬的工作溫度范圍和良好的電容穩(wěn)定性。非常均勻和細(xì)小的晶粒尺寸對(duì)保持 AVX 的 MLV 的高性能具有重要影響。

雖然低成本 MLV 可能聲稱滿足相同的標(biāo)準(zhǔn)，但它們較低的制造質(zhì)量導(dǎo)致設(shè)備結(jié)構(gòu)粗糙，因此可靠性和性能較差。在高電流脈沖重復(fù)電壓沖擊后，較舊或質(zhì)量較低的壓敏貼片電阻會(huì)降低電氣性能，從而導(dǎo)致?lián)舸╇妷航档秃吐╇娏髟黾?。低質(zhì)量 MLV 中不規(guī)則的晶間邊界會(huì)導(dǎo)致陶瓷中的電流路徑和其他非肖特基勢(shì)壘并聯(lián)傳導(dǎo)路徑受限。

TVS 二極管是 MLV 的替代品。TVS 二極管是開結(jié)半導(dǎo)體器件，在正常工作期間在電路中表現(xiàn)為開路。在電壓尖峰期間，TVS 二極管結(jié)雪崩，將瞬態(tài)電流分流到地。TVS 二極管具有快速響應(yīng)時(shí)間，但它們無(wú)法與 MLV 的重復(fù)觸發(fā)能力相匹配。

汽車趨勢(shì)和電路保護(hù)要求

今天的汽油或柴油內(nèi)燃機(jī) (ICE) 車輛繼續(xù)采用各種電子設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)安全、自動(dòng)駕駛、輔助駕駛、攝像頭、發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元 (ECU)、通信和導(dǎo)航。當(dāng)前汽車中的許多高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 都具有多個(gè)處理器以及大電流傳感器和執(zhí)行器。ICE 已經(jīng)包含 40 多個(gè)電機(jī)和執(zhí)行器來(lái)驅(qū)動(dòng)車窗、車門、座椅、泵、擋風(fēng)玻璃雨刷器和其他組件。

汽車原始設(shè)備制造商正在從燃燒技術(shù)轉(zhuǎn)向電氣化，以提高性能、減少排放和提高燃油效率以滿足法規(guī)要求。有初步報(bào)告稱，一些原始設(shè)備制造商在不久的將來(lái)會(huì)放棄開發(fā) ICE 車輛。此外，特斯拉、Bollinger、Rivian 和 Workhorse 等許多電動(dòng)汽車（EV）初創(chuàng)公司已經(jīng)進(jìn)入或正在進(jìn)入電動(dòng)汽車市場(chǎng)。

EV 具有由電子設(shè)備控制的額外電力系統(tǒng)，需要在較高電壓水平下提供瞬態(tài)電壓尖峰保護(hù)。例如，許多插電式 EV 電氣系統(tǒng)使用高電壓（例如，400 V）電池系統(tǒng)，而混合動(dòng)力 EV 使用 48 V 系統(tǒng)，因?yàn)楦唠妷嚎商岣咝什⒃谙嗤邤?shù)下允許更低的電流。通過較低的 I2R，可以減小電源線的直徑和重量。DC-DC 轉(zhuǎn)換器用于為電子設(shè)備、傳感器、顯示器和執(zhí)行器產(chǎn)生 12 V 電源。未來(lái)的電動(dòng)汽車和內(nèi)燃機(jī)汽車可能會(huì)使用 48 V 系統(tǒng)為電子設(shè)備供電，以進(jìn)一步提高效率。由于電動(dòng)汽車電池必須定期充電，高壓充電器可能會(huì)帶來(lái)觸電危險(xiǎn)（即“熱皮膚”）和可能的電壓尖峰源，特別是在接地不正確的情況下（參見“插電式電動(dòng)汽車的電氣安全”）。未來(lái)的車輛將需要能夠在更高電壓水平下提供保護(hù)而不增加尺寸和重量的 TVS 設(shè)備。

由于車輛緊湊且靠近內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)、鋰離子電池、變速器和制動(dòng)器，電子設(shè)備經(jīng)常暴露在環(huán)境溫度升高的環(huán)境中。高速數(shù)據(jù)線、RF 電路、天線、電容傳感器、觸摸控制和其他電容敏感應(yīng)用需要低信號(hào)失真、低損耗和低電容 TVS 設(shè)備。汽車電子設(shè)備還需要電磁干擾 (EMI) 濾波。TVS 器件可以設(shè)計(jì)為在導(dǎo)通狀態(tài)下提供雙向瞬態(tài)電壓保護(hù)，在關(guān)斷狀態(tài)下提供 EMI/RFI 濾波。具有集成 EMI 濾波器的 TVS 器件允許設(shè)計(jì)人員通過消除額外的 EMI 濾波器部件、部件的電路板空間和部件的組裝來(lái)降低成本。

多層壓敏電阻MLV優(yōu)勢(shì)

與 TVS 二極管相比，AVX TVS MLV 具有許多電路保護(hù)性能優(yōu)勢(shì)。MLV 具有不到一納秒的極快響應(yīng)時(shí)間，可*大限度地減少瞬變?cè)斐傻膿p壞。

MLV 更擅長(zhǎng)處理車輛內(nèi)電子元件所經(jīng)歷的極端溫度。MLV 在 -55° C 至 175° C 的寬溫度范圍內(nèi)不會(huì)降低性能。TVS 二極管隨溫度顯著降低。

它們還通過鉗位正或負(fù)瞬變?cè)趯?dǎo)通狀態(tài)下提供雙向保護(hù)。MLV 在電路的正常關(guān)斷狀態(tài)下提供 EMI 濾波，這在通信總線中很重要。MLV 的低電容*大限度地減少了信號(hào)失真，這在通信和數(shù)據(jù)應(yīng)用中是一個(gè)額外的優(yōu)勢(shì)。

EMI 和雙向保護(hù)的組合使 MLV 能夠取代 TVS 二極管對(duì)，提供雙向保護(hù)和 EMI 濾波器。此外，與同等功率或電壓水平的 TVS 二極管相比，MLV 更緊湊或更小。減少設(shè)計(jì)中的組件數(shù)量和組件尺寸可以降低組裝成本、電路復(fù)雜性、庫(kù)存并為其他設(shè)備騰出空間。

TVS 二極管僅由一層構(gòu)成以消散電壓尖峰，而 MLV 則有多層。MLV 可以輕松處理高度重復(fù)的攻擊，因?yàn)樗鼈兊亩鄬涌梢韵母嗄芰俊?/p>

多層壓敏電阻概括

總之，瞬態(tài)電壓抑制 MLV 的主要優(yōu)點(diǎn)是：

更換等效性能的 TVS 二極管時(shí)尺寸減小

MLV 不會(huì)隨溫度（-55 至 175° C）降額 – 行業(yè)

重復(fù)觸發(fā)能力——二極管只有一層，而 MLV 可以跨多層耗散能量

雙向保護(hù)

與二極管保護(hù)相比減少 3 比 1 部分

EMI/RFI 濾波

提高可靠性，因?yàn)榫鶆颉⒓?xì)粒度的 MLV 不會(huì)磨損

符合 ISO-7637 測(cè)試要求并符合 AEC-Q200

提供緊湊的表面貼裝外殼尺寸，低至 0201

有興趣評(píng)估汽車和其他應(yīng)用的 AVX TVS MLV 的電子設(shè)計(jì)工程師可以在 AVX 的電路保護(hù)應(yīng)用指南 和 MLV 模型中找到更多信息 。