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TVS瞬態抑制二極管的特性及主要參數、注意事項和電路設計中的典型應用
 
文章編號:
100821142338
文章分類: 電路 電子元件
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关 键 词: TVS,瞬態抑制二極管
文章來源:
http://www.cediy.com
摘 要:
本文主要讲述了TVS器件的特性和主要参数,以及选用器件时的注意事项,同时给出了器件在電路设计中的典型应用電路,以便加深電路设计人员对TVS的认识,为设计出高可靠性的应用電路提供基础。虽然目前的TVS在国内的应用正处于推广阶段,但我们有理由相信,随着越来越多的设计者对TVS的认识不断加深以及TVS所表现出来的优异性

TVS器件的特性及主要參數

1.1TVS的器件特性


在規定的反向應用條件下,TVS對受保護的線路呈高阻抗狀態。當瞬間電壓超過其擊穿電壓時,TVS就會提供一個低阻抗的路徑,並通過大電流方式使流向被保護元器件的瞬間電流分流到TVS二極管,同時將受保護元器件兩端的電壓限制在TVS的箝制電壓。當過壓條件消失後,TVS又恢複到高阻抗狀態。與陶瓷電容相比,TVS可以承受15kV的電壓,但陶瓷電容對高壓的承受能力比較弱。5kV的沖擊就會造成約10%陶瓷電容失效,而到10kV時,其損壞率將高達到60%。

1.2TVS器件的主要參數

(1)最小擊穿電壓VBR

當TVS流過規定的電流時,TVS兩端的電壓稱爲最小擊穿電壓,在此區域,TVS呈低阻抗的通路。在25℃時,低于這個電壓,TVS是不會發生雪崩擊穿的。

(2)額定反向關斷電壓VWM

VWM是TVS在正常状态时可承受的电压,此电压应大于或等于被保护電路的正常工作电压。但它又需要尽量与被保护電路的正常工作电压接近,这样才不会在TVS工作以前使整个電路面对过压威胁。按TVS的VBR与标准值的离散度,可把VBR分为5%和10%两种,对于5%的VBR来说,VWM=0.85VBR腿;而对于10%的VBR来说,VWM=0.81VBR。

(3)最大峰值脈沖電流IPP

IPP是TVS在反向狀態工作時,在規定的脈沖條件下,器件允許通過的最大脈沖峰值電流。

(4)箝位電壓Vc

当脉冲峰值电流Ipp流过TVS时,其两端出现的最大电压值称为箝位电压Vc。Vc和Ipp反映了TVS的浪涌抑制能力。通常把Vc与VBR之比称为箝位因子(系数),其值一般在1.2~1.4之间。实际使用时,应使Vc不大于被保护電路的最大允许安全电压,否则被保护器件将面临被损坏的可能。

(5)最大峰值脈沖功耗PM

PM通常是最大峰值脈沖電流Ipp與箝位電壓Vc的乘積,也就是最大峰值脈沖功耗。它是TVS能承受的最大峰值脈沖功耗值。在給定的最大鉗位電壓下,功耗PM越大,其浪湧電流的承受能力越大。另外,峰值脈沖功耗還與脈沖波形、脈沖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可重複施加的。

(6)電容量C

TVS的电容是由其硅片的截面积和偏置电压来决定的,它是在1MHz特定频率下测得的。C的大小与TVS的电流承受能力成正比,C太大,将使信号衰减。因此,电容C是数据接口電路选用TVS的重要参数。

(7)漏電流IR

IR是最大反向工作电压施加到TVS上时,TVS管的漏电流。当TVS用于高阻抗電路时,这个漏电流IR一个重要参数。

選用TVS的注意事項

在选用TVS时,根据電路的具体情况,一般应考虑以下几个主要因素:

首先,由于双向TVS可以在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率,并把电压箝制到预定水平。因此,若電路有可能承受来自两个方向的浪涌电压冲击时,应当选用双向TVS。双向TVS一般适用于交流電路,单向TVS一般用于直流電路。另外,箝位电压Vc不大于被保护電路的最大允许安全电压。

其次,就是最大峰值脉冲功耗PM必须大于電路中出现的最大瞬态浪涌功率。但是,在实际应用过程中,浪涌有可能重复地出现,在这种情况下,即使单个的脉冲能量比TVS器件可承受的脉冲能量要小得多,但是,如果重复施加,这些单个的脉冲能量积累起来,也可能在某些情况下超过TVS器件所能承受的脉冲能量。因此,在電路设计时,必须在这点上认真考虑并选用合适的TVS器件,以使其在规定的间隔时间内,重复施加脉冲能量的累积不至于超过TVS器件的脉冲能量额定值。

第三,在實際應用過程中,對最大反向工作電壓必須有正確的選取,一般原則是以交流電壓的1.4倍來選取TVS管的最大反向工作電壓。直流電壓則按1.1~1.2倍來選取TVS管的最高反向工作電壓。

TVS在電路设计中的典型应用

在实际的应用電路中,处理瞬时脉冲对器件损害的最好办法,就是将瞬时电流从敏感器件引开。为达到这一目的,将TVS在线路板上与被保护线路并联。这样,当瞬时电压超过電路正常工作电压后,TNS将发生雪崩击穿,从而提供给瞬时电流一个超低阻抗的通路,其结果是瞬时电流通过TVS被引开,从而避开被保护器件,并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。在此之后,当瞬时脉冲结束以后,TVS二极管再自动恢复至高阻状态,整个回路进入正常电压状态。以下是TVS在電路应用中的几个典型实例。
3.1TVS在交流電路中的应用

图1所示是一个双向TVS在交流電路中的应用電路。应用TVS可以有效地抑制电网带来的过载脉冲,从而起到保护整流桥及负载中所有元器件的作用。图1中的TVS箝位电压应不大于電路的最大允许电压。



3.2用TVS保護直流穩壓電源

图2是一个直流稳压电源,在其稳压输出端加上TVS,可以保护使用该电源的仪器设备,同时还可以吸收電路中晶体管的集电极到发射极间的峰值电压,从而保护晶体管。建议在每个稳压源的输出端增加一个TVS管,这样可以大幅度地提高整机的可靠性。



3.3用TVS保护晶体管電路

各种瞬变电压能使晶体管的EB结或CE结击穿而损坏,特别是晶体管集电极有感性(线圈、变压器、电动机)负载时,通常会产生高压反电势,因而可能使晶体管损坏。在实际应用中,建议采用TVS作为保护器件。图3所示为TVS保护晶体管的四种電路实例。



3.4集成電路的保护

由于现代IC的集成度越来越高,而其耐压则越来越低,因而很容易受到瞬变电压的冲击而损坏,故须采取保护措施。通常在CMOS電路的输入端及输出端都有保护网路,为了可靠起见,在各整机对外接口处也增加了各种保护网络。图4给出了用TVS对TTL及CMOS器件进行保护的有关電路措施。

3.5用TVS保護集成運放

集成运放对外界电应力非常敏感。因此,在使用运放的过程中,如果因操作失误或采取了不正常的工作条件,往往会出现过大的电压或电流,特别是浪涌和静电脉冲,从而很容易使运放受损或失效。图5所示是用TVS在运放差模输入端防止过压损伤的保护電路。



 

 
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