多層壓敏電阻MLV在汽車電路保護中的應用

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敏感設備和電路造成損壞。傳感器、電路和電子元件的損壞會導致關鍵功能失效，導致車輛在維修之前無法運行。

破壞性電壓尖峰的來源可能包括靜電放電（ESD 或靜電沖擊）、雷擊引起的感應二次電壓（高壓 ESD）、電磁脈沖、電機開關產生的電壓浪涌、跨接啟動、給電磁線圈致動器通電、故障產生的電弧和交流發(fā)電機切換的負載突降。當電路或系統遇到破壞性的電壓尖峰時，通常關閉的 MLV 被激活并通過將尖峰重定向到地面來保護設備。

多層壓敏電阻MLV 由摻雜有半導體氧化鋅 (ZnO) 的精細均勻晶粒陶瓷制成，可產生肖特基勢壘響應。壓敏電阻是通過在燒結過程中用非常薄的電絕緣陶瓷層包圍 ZnO 晶粒來制造的。所使用的絕緣陶瓷是一種溫度穩(wěn)定的類似 X7R 的電介質，可提供較寬的工作溫度范圍和良好的電容穩(wěn)定性。非常均勻和細小的晶粒尺寸對保持 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準，但它們較低的制造質量導致設備結構粗糙，因此可靠性和性能較差。在高電流脈沖重復電壓沖擊后，較舊或質量較低的壓敏貼片電阻會降低電氣性能，從而導致擊穿電壓降低和漏電流增加。低質量 MLV 中不規(guī)則的晶間邊界會導致陶瓷中的電流路徑和其他非肖特基勢壘并聯傳導路徑受限。

TVS 二極管是 MLV 的替代品。TVS 二極管是開結半導體器件，在正常工作期間在電路中表現為開路。在電壓尖峰期間，TVS 二極管結雪崩，將瞬態(tài)電流分流到地。TVS 二極管具有快速響應時間，但它們無法與 MLV 的重復觸發(fā)能力相匹配。

汽車趨勢和電路保護要求

今天的汽油或柴油內燃機 (ICE) 車輛繼續(xù)采用各種電子設備來實現安全、自動駕駛、輔助駕駛、攝像頭、發(fā)動機性能優(yōu)化與發(fā)動機控制單元 (ECU)、通信和導航。當前汽車中的許多高級駕駛輔助系統 (ADAS) 都具有多個處理器以及大電流傳感器和執(zhí)行器。ICE 已經包含 40 多個電機和執(zhí)行器來驅動車窗、車門、座椅、泵、擋風玻璃雨刷器和其他組件。

汽車原始設備制造商正在從燃燒技術轉向電氣化，以提高性能、減少排放和提高燃油效率以滿足法規(guī)要求。有初步報告稱，一些原始設備制造商在不久的將來會放棄開發(fā) ICE 車輛。此外，特斯拉、Bollinger、Rivian 和 Workhorse 等許多電動汽車（EV）初創(chuàng)公司已經進入或正在進入電動汽車市場。

EV 具有由電子設備控制的額外電力系統，需要在較高電壓水平下提供瞬態(tài)電壓尖峰保護。例如，許多插電式 EV 電氣系統使用高電壓（例如，400 V）電池系統，而混合動力 EV 使用 48 V 系統，因為高電壓可提高效率并在相同瓦數下允許更低的電流。通過較低的 I2R，可以減小電源線的直徑和重量。DC-DC 轉換器用于為電子設備、傳感器、顯示器和執(zhí)行器產生 12 V 電源。未來的電動汽車和內燃機汽車可能會使用 48 V 系統為電子設備供電，以進一步提高效率。由于電動汽車電池必須定期充電，高壓充電器可能會帶來觸電危險（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“插電式電動汽車的電氣安全”）。未來的車輛將需要能夠在更高電壓水平下提供保護而不增加尺寸和重量的 TVS 設備。

由于車輛緊湊且靠近內燃機、電動機、鋰離子電池、變速器和制動器，電子設備經常暴露在環(huán)境溫度升高的環(huán)境中。高速數據線、RF 電路、天線、電容傳感器、觸摸控制和其他電容敏感應用需要低信號失真、低損耗和低電容 TVS 設備。汽車電子設備還需要電磁干擾 (EMI) 濾波。TVS 器件可以設計為在導通狀態(tài)下提供雙向瞬態(tài)電壓保護，在關斷狀態(tài)下提供 EMI/RFI 濾波。具有集成 EMI 濾波器的 TVS 器件允許設計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降低成本。

多層壓敏電阻MLV優(yōu)勢

與 TVS 二極管相比，AVX TVS MLV 具有許多電路保護性能優(yōu)勢。MLV 具有不到一納秒的極快響應時間，可*大限度地減少瞬變造成的損壞。

MLV 更擅長處理車輛內電子元件所經歷的極端溫度。MLV 在 -55° C 至 175° C 的寬溫度范圍內不會降低性能。TVS 二極管隨溫度顯著降低。

它們還通過鉗位正或負瞬變在導通狀態(tài)下提供雙向保護。MLV 在電路的正常關斷狀態(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失真，這在通信和數據應用中是一個額外的優(yōu)勢。

EMI 和雙向保護的組合使 MLV 能夠取代 TVS 二極管對，提供雙向保護和 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。減少設計中的組件數量和組件尺寸可以降低組裝成本、電路復雜性、庫存并為其他設備騰出空間。

TVS 二極管僅由一層構成以消散電壓尖峰，而 MLV 則有多層。MLV 可以輕松處理高度重復的攻擊，因為它們的多層可以消耗更多能量。

多層壓敏電阻概括

總之，瞬態(tài)電壓抑制 MLV 的主要優(yōu)點是：

更換等效性能的 TVS 二極管時尺寸減小

MLV 不會隨溫度（-55 至 175° C）降額 – 行業(yè)

重復觸發(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

與二極管保護相比減少 3 比 1 部分

EMI/RFI 濾波

提高可靠性，因為均勻、細粒度的 MLV 不會磨損

符合 ISO-7637 測試要求并符合 AEC-Q200

提供緊湊的表面貼裝外殼尺寸，低至 0201

有興趣評估汽車和其他應用的 AVX TVS MLV 的電子設計工程師可以在 AVX 的電路保護應用指南 和 MLV 模型中找到更多信息 。