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TVS瞬態抑制二極管的特性及應用

2021-02-22 點擊量:


瞬態電壓抑制器(Transient Voltage Suppressor)簡稱TVS,是一種二極管形式的高效能保護器件。當TVS二極管的兩極受到反向瞬態高能量沖擊時,它能以10-12秒量級的速度,將其兩極間的高阻抗變為低阻抗,吸收高達數千瓦的浪涌功率,使兩極間的電壓箝位于一個預定值,有效地保護電子線路中的精密元器件,免受各種浪涌脈沖的損壞。由于它具有響應時間快、瞬態功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、箝位電壓較易控制、無損壞極限、體積小等優點。
 
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。


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。


特性及主要參數

特性曲線

TVS的電路符號與普通穩壓二極管相同。它的正向特性與普通二極管相同;反向特性為典型的PN結雪崩器件。

在瞬態峰值脈沖電流作用下,流過TVS的電流,由原來的反向漏電流ID上升到IR時,其兩極呈現的電壓由額定反向關斷電壓VWM上升到擊穿電壓VBR,TVS被擊穿。隨著峰值脈沖電流的出現,流過TVS的電流達到峰值脈沖電流IPP。在其兩極的電壓被箝位到預定的最大箝位電壓以下。爾后,隨著脈沖電流按指數衰減,TVS兩極的電壓也不斷下降,最后恢復到起始狀態。這就是TVS抑制可能出現的浪涌脈沖功率,保護電子元器件的整個過程。


特性參數

1.最大反向漏電流ID和額定反向關斷電壓VWM。
VWM是TVS最大連續工作的直流或脈沖電壓,當這個反向電壓加入TVS的兩極間時,它處于反向關斷狀態,流過它的電流應小于或等于其最大反向漏電流ID。

2.最小擊穿電壓VBR和擊穿電流IR
VBR是TVS最小的雪崩電壓。25℃時,在這個電壓之前,TVS是不導通的。當TVS 流過規定的1mA電流(IR)時,加入TVS兩極間的電壓為其最小擊穿電壓VBR。按TVS的VBR與標準值的離散程度,可把TVS分為±5%VBR和平共處±10% VBR兩種。對于±5%VBR來說,VWM=0.85VBR;對于±10% VBR來說,VWM=0.81 VBR。

3.最大箝拉電壓VC和最大峰值脈沖電流IPP
當持續時間為20微秒的脈沖峰值電流IPP流過TVS時,在其兩極間出現的最大峰值電壓為VC。它是串聯電阻上和因溫度系數兩者電壓上升的組合。VC 、IPP反映了TVS器件的浪涌抑制能力。VC與VBR之比稱為箝位因子,一般在1.2~1.4之間。

4.電容量C
電容量C 是TVS雪崩結截面決定的、在特定的1MHZ頻率下測得的。C的大小與TVS的電流承受能力成正比,C過大將使信號衰減。因此,C是數據接口電路選用TVS的重要參數。

5.最大峰值脈沖功耗PM
PM是TVS能承受的最大峰值脈沖耗散功率。其規定的試驗脈沖波形和各種TVS的PM值,請查閱有關產品手冊。在給定的最大箝位電壓下,功耗PM越大,其浪涌電流的承受能力越大;在給定的功耗PM下,箝位電壓VC越低,其浪涌電流的承受能力越大。另外,峰值脈沖功耗還與脈沖波形、持續時間和環境溫度有關。而且TVS所能承受的瞬態脈沖是不重復的,器件規定的脈沖重復頻率(持續時間與間歇時間之比)為0.01%,如果電路內出現重復性脈沖,應考慮脈沖功率的“累積”,有可能使TVS損壞。

6.箝位時間TC
TC是從零到最小擊穿電壓VBR的時間。對單極性TVS小于1×10-12秒;對雙極性TVS小于是1×10-11 秒。

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的最大箝位電壓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。在確定了最大箝位電壓后,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℃到+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。


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