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多层压敏电阻MLV在汽车电路保护中的应用

基于多层压敏电阻 (MLV) 的瞬态电压抑制 (TVS) 旨在防止电压尖峰对敏感设备和电路造成损坏。传感器、电路和电子元件的损坏会导致关键功能失效,导致车辆在维修之前无法运行。

破坏性电压尖峰的来源可能包括静电放电(ESD 或静电冲击)、雷击引起的感应二次电压(高压 ESD)、电磁脉冲、电机开关产生的电压浪涌、跨接启动、给电磁线圈致动器通电、故障产生的电弧和交流发电机切换的负载突降。当电路或系统遇到破坏性的电压尖峰时,通常关闭的 MLV 被激活并通过将尖峰重定向到地面来保护设备。

多层压敏电阻MLV 由掺杂有半导体氧化锌 (ZnO) 的精细均匀晶粒陶瓷制成,可产生肖特基势垒响应。压敏电阻是通过在烧结过程中用非常薄的电绝缘陶瓷层包围 ZnO 晶粒来制造的。所使用的绝缘陶瓷是一种温度稳定的类似 X7R 的电介质,可提供较宽的工作温度范围和良好的电容稳定性。非常均匀和细小的晶粒尺寸对保持 AVX 的 MLV 的高性能具有重要影响。

虽然低成本 MLV 可能声称满足相同的标准,但它们较低的制造质量导致设备结构粗糙,因此可靠性和性能较差。在高电流脉冲重复电压冲击后,较旧或质量较低的压敏贴片电阻会降低电气性能,从而导致击穿电压降低和漏电流增加。低质量 MLV 中不规则的晶间边界会导致陶瓷中的电流路径和其他非肖特基势垒并联传导路径受限。

多层压敏电阻MLV在汽车电路保护中的应用

TVS 二极管是 MLV 的替代品。TVS 二极管是开结半导体器件,在正常工作期间在电路中表现为开路。在电压尖峰期间,TVS 二极管结雪崩,将瞬态电流分流到地。TVS 二极管具有快速响应时间,但它们无法与 MLV 的重复触发能力相匹配。

汽车趋势和电路保护要求

今天的汽油或柴油内燃机 (ICE) 车辆继续采用各种电子设备来实现安全、自动驾驶、辅助驾驶、摄像头、发动机性能优化与发动机控制单元 (ECU)、通信和导航。当前汽车中的许多高级驾驶辅助系统 (ADAS) 都具有多个处理器以及大电流传感器和执行器。ICE 已经包含 40 多个电机和执行器来驱动车窗、车门、座椅、泵、挡风玻璃雨刷器和其他组件。

汽车原始设备制造商正在从燃烧技术转向电气化,以提高性能、减少排放和提高燃油效率以满足法规要求。有初步报告称,一些原始设备制造商在不久的将来会放弃开发 ICE 车辆。此外,特斯拉、Bollinger、Rivian 和 Workhorse 等许多电动汽车(EV)初创公司已经进入或正在进入电动汽车市场。

EV 具有由电子设备控制的额外电力系统,需要在较高电压水平下提供瞬态电压尖峰保护。例如,许多插电式 EV 电气系统使用高电压(例如,400 V)电池系统,而混合动力 EV 使用 48 V 系统,因为高电压可提高效率并在相同瓦数下允许更低的电流。通过较低的 I2R,可以减小电源线的直径和重量。DC-DC 转换器用于为电子设备、传感器、显示器和执行器产生 12 V 电源。未来的电动汽车和内燃机汽车可能会使用 48 V 系统为电子设备供电,以进一步提高效率。由于电动汽车电池必须定期充电,高压充电器可能会带来触电危险(即“热皮肤”)和可能的电压尖峰源,特别是在接地不正确的情况下(参见“插电式电动汽车的电气安全”)。未来的车辆将需要能够在更高电压水平下提供保护而不增加尺寸和重量的 TVS 设备。

由于车辆紧凑且靠近内燃机、电动机、锂离子电池、变速器和制动器,电子设备经常暴露在环境温度升高的环境中。高速数据线、RF 电路、天线、电容传感器、触摸控制和其他电容敏感应用需要低信号失真、低损耗和低电容 TVS 设备。汽车电子设备还需要电磁干扰 (EMI) 滤波。TVS 器件可以设计为在导通状态下提供双向瞬态电压保护,在关断状态下提供 EMI/RFI 滤波。具有集成 EMI 滤波器的 TVS 器件允许设计人员通过消除额外的 EMI 滤波器部件、部件的电路板空间和部件的组装来降低成本。

多层压敏电阻MLV优势

与 TVS 二极管相比,AVX TVS MLV 具有许多电路保护性能优势。MLV 具有不到一纳秒的极快响应时间,可*大限度地减少瞬变造成的损坏。

MLV 更擅长处理车辆内电子元件所经历的极端温度。MLV 在 -55° C 至 175° C 的宽温度范围内不会降低性能。TVS 二极管随温度显着降低。

它们还通过钳位正或负瞬变在导通状态下提供双向保护。MLV 在电路的正常关断状态下提供 EMI 滤波,这在通信总线中很重要。MLV 的低电容*大限度地减少了信号失真,这在通信和数据应用中是一个额外的优势。

EMI 和双向保护的组合使 MLV 能够取代 TVS 二极管对,提供双向保护和 EMI 滤波器。此外,与同等功率或电压水平的 TVS 二极管相比,MLV 更紧凑或更小。减少设计中的组件数量和组件尺寸可以降低组装成本、电路复杂性、库存并为其他设备腾出空间。

TVS 二极管仅由一层构成以消散电压尖峰,而 MLV 则有多层。MLV 可以轻松处理高度重复的攻击,因为它们的多层可以消耗更多能量。

多层压敏电阻概括

总之,瞬态电压抑制 MLV 的主要优点是:

更换等效性能的 TVS 二极管时尺寸减小

MLV 不会随温度(-55 至 175° C)降额 – 行业

重复触发能力——二极管只有一层,而 MLV 可以跨多层耗散能量

双向保护

与二极管保护相比减少 3 比 1 部分

EMI/RFI 滤波

提高可靠性,因为均匀、细粒度的 MLV 不会磨损

符合 ISO-7637 测试要求并符合 AEC-Q200

提供紧凑的表面贴装外壳尺寸,低至 0201

有兴趣评估汽车和其他应用的 AVX TVS MLV 的电子设计工程师可以在 AVX 的电路保护应用指南 和 MLV 模型中找到更多信息 。

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