今天我們來講一下電子設計中很常用的、筆者幾乎做的每一塊電路板上都有使用的一種基礎電子元器件—TVS瞬態電壓抑制二極管。(根據經驗整理撰寫,希望對大家有所幫助)
什么是TVS
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脈沖沖擊時,它能以皮秒(pS)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,使兩極間的電壓鉗位于一個預定值,免受各種浪涌脈沖的沖擊,有效地保護電子線路中的元器件。
貼片TVS二極管
TVS的特性
TVS二極管是在穩壓二極管的基礎上發展而來的,是一種二極管形式的新型高效能保護器件。TVS通常采用二極管式的軸向引線封裝結構,TVS的核心單元主要材料為半導體硅片或硒片,有單極型和雙極型兩種結構,單極型TVS有一個PN結,雙極型TVS有兩個PN結。TVS的PN結經玻璃純化保護由引線引出,再經改性環氧樹脂封裝制成。
TVS特性曲線
由上圖左側曲線可以看出,當TVS二極管兩端的反向電壓增加到Vb(擊穿電壓)時阻抗驟然降低,會通過大電流,并將電壓鉗位到Vb。單看左側曲線,TVS管和普通穩壓管的擊穿特性基本一致,是典型的利用PN結雪崩效應的器件。
其實不然,左側曲線只反映了TVS特性的一部分,必須補充右邊所示的特性曲線才能反應TVS二極管的全部特性。右側黑色曲線為TVS受到的大電流脈沖曲線,電流由很小的值突然上升到峰值電流,然后再緩慢下降。是雷擊等高壓的沖擊所致。右側紅色曲線為TVS二極管兩端電壓變化曲線,當電流突然上升時,TVS兩端電壓也隨之上升,但最高只到Vc,這個值就是最大鉗位電壓,比擊穿電壓Vb略大,從而對后面的元器件起到了保護作用。
TVS的應用
靜電放電效應能釋放超過1000V、10A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,便可能會損壞。將TVS二極管加在信號及電源線上,能防止微處理器及電路板上其他IC免受瞬間的脈沖沖擊,如靜電放電效應、交流電源的浪涌及開關電源的噪音等。
TVS基礎應用電路
TVS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、電子鎮流器、家用電器、工業儀器儀表、RS232/422/423/485、I/O口、CAN、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、3G、4G、數字照相機的保護、共模/差模保護、聲頻/視頻輸入、傳感器/變送器、工控回路、繼電器、接觸器噪音的抑制等各個領域。
TVS選用技巧
1、確定待保護電路的直流電壓或持續工作電壓。如果是交流電,應計算出最大值,即用有效值乘以1.414。
2、TVS的反向截止電壓(VRWM)即工作電壓,所選TVS的VRWM應大于上述步驟1所規定的操作電壓。這就保證了在正常工作條件下,TVS吸收的電流可忽略不計。如果步驟1所規定的電壓高于TVS的VRWM,TVS將吸收大量的漏電流而處于雪崩擊穿狀態,從而影響電路的工作增加功耗。
3、根據干擾脈沖的功率、波形和脈沖持續時間,來確定TVS峰值脈沖電流、功率。
4、所選TVS的最大鉗位電壓(VC)應低于被保護電路所允許的最大承受電壓。
5、單極性還是雙極性:常常會出現這樣的誤解,即雙向TVS用來抑制反向浪涌脈沖,其實并非如此。雙向TVS是用于交流電或來自正負雙向脈沖的場合。如果電路只有正向電平信號,那么單向TVS就足夠了。
6、如果無法確定浪涌脈沖功率的大概范圍,一般來說,選擇功率大一些的TVS比較好。
TVS的幾個重要參數
反向截止電壓(VRWM):TVS二極管不導通的最高電壓。這個電壓下的電流稱為反向漏電流IR。
擊穿電壓(VBR):TVS在此電壓時阻抗驟減至導通,處于雪崩擊穿狀態。
測試電流(IT):測試電流,用來規定TVS的反向擊穿電壓(VBR),一般取1mA或10mA。
最大反向漏電流(IR):在工作電壓下測得的TVS最大漏電流。
脈沖峰值電流(IPP):TVS所能承受的最大電流,超過這個電流TVS就可能會損壞。
最大鉗位電壓(VC):當TVS承受瞬態高能量脈沖沖擊時,流過大電流,所能承受的峰值為IPP,兩端電壓由VRWM值上升到VC值就不再上升,從而實現保護作用。
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