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一文了解TVS二極管的應用

時間:2020-10-16 編輯:網絡

    TVS瞬態電壓抑制二極管原理應用特性


    瞬態抑制二極管(TVS)又叫鉗位型二極管,是目前國際上普遍使用的一種高效能電路保護器件,它的外型與普通二極管相同,但卻能吸收高達數千瓦的浪涌功率,它的主要特點是在反向應用條件下,當承受一個高能量的大脈沖時,其工作阻抗立即降至極低的導通值,從而允許大電流通過,同時把電壓鉗制在預定水平,其響應時間僅為10-12毫秒,因此可有效地保護電子線路中的精密元器件。TVS允許的正向浪涌電流在TA=250C,T=10ms條件下,可達50~200A。雙向TVS可在正反兩個方向吸收瞬時大脈沖功率,并把電壓鉗制到預定水平,雙向TVS適用于交流電路,單向TVS一般用于直流電路。可用于防雷擊、防過電壓、抗干擾、吸收浪涌功率等,是一種理想的保護器件。耐受能力用瓦特(W)表示。


    TVS(TransientVoltageSuppression)是一種限壓保護器件,作用與壓敏電阻很類似。也是利用器件的非線性特性將過電壓鉗位到一個較低的電壓值實現對后級電路的保護。TVS管的主要參數有:反向擊穿電壓、最大鉗位電壓、瞬間功率、結電容、響應時間等。


    TVS的響應時間可以達到ps級,是限壓型浪涌保護器件中最快的。用于電子電路的過電壓保護時其響應速度都可滿足要求。TVS管的結電容根據制造工藝的不同,大體可分為兩種類型,高結電容型TVS一般在幾百~幾千pF的數量級,低結電容型TVS的結電容一般在幾pF~幾十pF的數量級。一般分立式TVS的結電容都較高,表貼式TVS管中兩種類型都有。在高頻信號線路的保護中,應主要選用低結電容的TVS管。


    TVS管的非線性特性比壓敏電阻好,當通過TVS管的過電流增大時,TVS管的鉗位電壓上升速度比壓敏電阻慢,因此可以獲得比壓敏電阻更理想的殘壓輸出。在很多需要精細保護的電子電路中,應用TVS管是比較好的選擇。TVS管的通流容量在限壓型浪涌保護器中是最小的,一般用于最末級的精細保護,因其通流量小,一般不用于交流電源線路的保護,直流電源的防雷電路使用TVS管時,一般還需要與壓敏電阻等通流容量大的器件配合使用。TVS管便于集成,很適合在單板上使用。


    TVS具有的另一個優點是可靈活選用單向或雙向保護器件,在單極性的信號電路和直流電源電路中,選用單向TVS管,可以獲得比較低的殘壓。


    TVS的反向擊穿電壓、通流容量是電路設計時應重點考慮的。在直流回路中,應當有:min(UBR)≥(1.3~1.6)Umax,式中UBR為直流TVS的反向擊穿電壓,Umax是直流回路中的電壓峰值。


    TVS管主要可用于直流電源、信號線路、天饋線路的防雷保護。


    TVS管的失效模式主要是短路。但當通過的過電流太大時,也可能造成TVS管被炸裂而開路。TVS管的使用壽命相對較長。


    TVS二極管的應用


    目前已廣泛應用于計算機系統、通訊設備、交/直流電源、汽車、電子鎮流器、家用電器、儀器儀表(電度表)、RS232/422/423/485、I/O、LAN、ISDN、ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、數字照相機的保護、共模/差模保護、RF耦合/IC驅動接收保護、電機電磁波干擾抑制、聲頻/視頻輸入、傳感器/變速器、工控回路、繼電器、接觸器噪音的抑制等各個領域。TVS器件的主要電參數


    (1)擊穿電壓V(BR)


    器件在發生擊穿的區域內,在規定的試驗電流I(BR)下,測得器件兩端的電壓稱為擊穿電壓,在此區域內,二極管成為低阻抗的通路。


    (2)最大反向脈沖峰值電流IPP


    在反向工作時,在規定的脈沖條件下,器件允許通過的最大脈沖峰值電流。IPP與最大鉗位電壓VC(MAX)的乘積,就是瞬態脈沖功率的最大值。


    使用時應正確選取TVS,使額定瞬態脈沖功率PPR大于被保護器件或線路可能出現的最大瞬態浪涌功率。


    TVS二極管的分類


    TVS器件可以按極性分為單極性和雙極性兩種,按用途可分為各種電路都適用的通用型器件和特殊電路適用的專用型器件。如:各種交流電壓保護器、4~200mA電流環保器、數據線保護器、同軸電纜保護器、電話機保護器等。若按封裝及內部結構可分為:軸向引線二極管、雙列直插TVS陣列(適用多線保護)、貼片式、組件式和大功率模塊式等。


    TVS二極管的特點


    (1)將TVS二極管加在信號及電源線上,能防止微處理器或單片機因瞬間的肪沖,如靜電放電效應、交流電源之浪涌及開關電源的噪音所導致的失靈。


    (2)靜電放電效應能釋放超過10000V、60A以上的脈沖,并能持續10ms;而一般的TTL器件,遇到超過30ms的10V脈沖時,便會導至損壞。利用TVS二極管,可有效吸收會造成器件損壞的脈沖,并能消除由總線之間開關所引起的干擾(Crosstalk)。


    (3)將TVS二極管放置在信號線及接地間,能避免數據及控制總線受到不必要的噪音影響。


    TVS的選用技巧


    (1)確定被保護電路的最大直流或連續工作電壓、電路的額定標準電壓和“高端”容限。


    (2)TVS額定反向關斷VWM應大于或等于被保護電路的最大工作電壓。若選用的VWM太低,器件可能進入雪崩或因反向漏電流太大影響電路的正常工作。串行連接分電壓,并行連接分電流。


    (3)TVS的最大鉗位電壓VC應小于被保護電路的損壞電壓。


    (4)在規定的脈沖持續時間內,TVS的最大峰值脈沖功耗PM必須大于被保護電路內可能出現的峰值脈沖功率。在確定了最大鉗位電壓后,其峰值脈沖電流應大于瞬態浪涌電流。


    (5)對于數據接口電路的保護,還必須注意選取具有合適電容C的TVS器件。


    (6)根據用途選用TVS的極性及封裝結構。交流電路選用雙極性TVS較為合理;多線保護選用TVS陣列更為有利。


    (7)溫度考慮。瞬態電壓抑制器可以在-55℃~+150℃之間工作。如果需要TVS在一個變化的溫度工作,由于其反向漏電流ID是隨增加而增大;功耗隨TVS結溫增加而下降,從+25℃~+175℃,大約線性下降50%雨擊穿電壓VBR隨溫度的增加按一定的系數增加。因此,必須查閱有關產品資料,考慮溫度變化對其特性的影響。

    

    在選擇 TVS 二極管時,注意這個選擇: 


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