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Forward Conduction Voltage VF and ESD's VBR_forward

Source:Yint Time:2025-11-27 Views:547
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普通二极管的正向导通电压VF与ESD保护二极管的正向击穿电压VBR_forward有何区别?

首先:普通二极管的VF:是正向偏置时PN结导通的门槛电压(硅管≈0.7V),导通后电流随电压缓慢增大,无“击穿”特性,正向电流过大时会因热损耗损坏

ESD管的VBR_forward:是正向偏置时发生雪崩击穿的电压,击穿后电流骤增(如:VBR_forward=6V 时,IR=1A),可承受短时大电流 100A,其设计目标是在正向ESD脉冲(如带正电的人体接触负极)时快速泄放电流

其次:从多个维度对比

对比维度 正向压降(VF) ESD相关击穿电压(VBR)
物理本质 二极管正向导通时的势垒压降,是载流子正向穿越PN结的能量损耗对应的电压差 ESD冲击下二极管反向偏置时的临界击穿电压,是 PN 结绝缘能力被破坏的临界电压值
形成原因 正向偏置时,外电场削弱PN结内建电场,载流子(电子、空穴)克服势垒扩散形成电流,此时的电压降为VF ESD带来的瞬时强反向电场,使PN结内载流子被加速到足够能量,引发雪崩击穿或齐纳击穿,此时的临界电压为 VBR
电流方向 与电压极性一致(阳极接正、阴极接负),电流为正向导通电流 与电压极性相反(阴极接正、阳极接负),电流为反向击穿电流
核心影响因素

1. 半导体材料(硅管约 0.6-0.8V,锗管约 0.2-0.3V)

2. PN 结掺杂浓度

3. 结温(温度升高 VF 略降)

4. 正向导通电流

1. PN 结结构(结面积、耗尽层宽度)

2. 掺杂分布(高掺杂易齐纳击穿,低掺杂易雪崩击穿);3. 芯片尺寸与封装防护

典型数值范围

硅管:0.6~0.8V(小电流导通时)

锗管:0.2~0.3V

普通二极管:几十~几百伏(ESD 冲击下的瞬时反向击穿电压,远高于 VF)

VF 正向压降与VBR 击穿电压对于实际电路的影响:

正向压降(VF)对电路的影响

  1. 功耗与发热:VF 越高,正向导通时的功耗(P=VF×IF)越大,器件发热越严重
  2. 热应力累积:长期高温会加速半导体材料老化、封装树脂老化,还可能导致焊点脱落,缩短器件寿命
  3. 参数漂移风险:持续高温会使 VF 自身发生漂移,进一步加剧功耗异常,形成 “发热 - 漂移 - 更热” 的恶性循环,最终引发热失效

击穿电压(VBR)对电路的影响

  1. 抗冲击能力:VBR 是二极管能承受的最大反向冲击电压临界值,VBR 越低,抗 ESD、浪涌等瞬时过压的能力越弱
  2. 不可逆损坏风险:当实际反向冲击电压超过 VBR 时,会引发 PN 结雪崩或齐纳击穿,轻度击穿可能导致参数永久漂移,严重时直接烧毁器件

应用场景限制:VBR 不足会让二极管在复杂电路中(如电源波动、外部干扰场景)频繁面临击穿风险,降低整个电路的可靠性


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