1、防浪涌電路保護-TVS電源開發2008-10-1712:01:38閱讀332評論0字號：大中小訂閱硅瞬變吸收二極管TVS硅瞬變吸收二極管的工作有點象普通的穩壓管，是箝位型的干擾吸收器件，其應用是與被保護設備并聯使用。硅瞬變電壓吸收二極管具有極快的響應速度(亞納秒級)、相當高的浪涌吸收能力和極多的電壓檔次。能保護設備或電路免受靜電、電感性負載切換時產生的瞬變電壓，以及感應雷所產生的過電壓。TVS管有單方向(單個二極管)和雙方向(兩個背對背連接的二極管)兩種，它們的主要參數是擊穿電壓、漏電流和電容。使用中，TVS管的擊穿電壓要比被保護電路工作電壓高10%左右，以防止因線路工作電壓接近TVS擊穿電壓

2、，使TVS漏電流影響電路正常工作；也避免因環境溫度變化導致的TVS管擊穿電壓落入線路正常工作電壓的范圍。TVS管有多種封裝形式，如，軸向引線產品可用在電源饋線上，雙列直插的和表面貼裝的適合于在印刷板上作為邏輯電路、I/O總線及數據總線的保護。3.1TVS的特性TVS的電路符號和普通的穩壓管相同。其電壓一電流特性曲線如圖1所示。其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。圖2是TVS的電流一時間和電壓一時間曲線。在浪涌電壓的作用下，TVS兩極間的電壓由額定反向關斷電壓VWM上升到擊穿電壓VBR,而被擊穿。隨著擊穿電流的出現，流過TVS的電流將達到峰值脈沖電流IPP,同時在其兩端的

3、電壓被箝位到預定的最大箝位電壓VC以下。其后，隨著脈沖電流按指數衰減，TVS兩極間的電壓也不斷下降，最后恢復到初態，這就是TVS抑制可能出現的浪涌脈沖功率，保護電子元器件的過程。當TVS兩極受到反向高能量沖擊時，它能以1。12S級的速度，將其兩極間的阻抗由高變低，吸收高達數千瓦的浪涌功率，使兩極間的電位箝位于預定值，有效地保護電子設備中的元器件免受浪涌脈沖的損害。TVS具有響應時間快、瞬態功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、箝位電壓容易控制、體積小等優點，目前已廣泛應用于家用電器、電子儀表、通訊設備、電源、計算機系統等各個領域。3.2TVS的主要參數(1)最大反向漏電流ID和額定反向關斷電壓VW

4、M。VWM是TVS最大連續工作的直流或脈沖電壓，當這個反向電壓加于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最小的擊穿電壓。在25c時，低于這個電壓TVS是不會發生雪崩的。當TVS流過規定的1mA電流(IR)時，加于TVS兩極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VBR分為5%和10%兩種。對于5%的丫BR來說，VWM=0.85VBR;對于10%的丫BR來說，VWM=0.81VBR;(3)最大箝位電壓VC和最大峰值脈沖電流IPP。當持續時間為20ms的脈沖峰值電流IPP

5、流過TVS時，在其兩端出現的最大峰值電壓為VC。VC、IPP反映了TVS的浪涌抑制能力。VC與VBR之比稱為箝位因子，一般在1.21.4之間；(4)電容量C。電容量C是由TVS雪崩結截面決定的，是在特定的1MHz頻率下測得的。C的大小與TVS的電流承受能力成正比，C太大將使信號衰減。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功率耗散值。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

6、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，有可能損壞TVS;(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1XI012S;對雙極性TVS小于10XI0-12So3.3TVS的分類TVS器件按極性可分為單極性和雙極性兩種；按用途可分為通用型和專用型；按封裝和內部結構可分為：軸向引線二極管、雙列直插TVS陣列、貼片式和大功率模塊等。軸向引線的產品峰值功率可以達到400W、500W、600W、1500W和5000W。其中大功率的產品主要用在電源饋線上，低功率產品主要用在高密度安

7、裝的場合。對于高密度安裝的場合還可以選擇雙列直插和表面貼裝的封裝形式。3.4TVS的選用(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最大可承受電壓；(2)TVS的額定反向關斷電壓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；(3)TVS的最大反向箝位電壓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的最大峰值脈沖功率PM必須大于被保護電路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。一般，TVS的最大峰值脈沖功率是以10/1000mS的非重復脈沖

8、給出的，而實際的脈沖寬度是由脈沖源決定的，當脈沖寬度不同時，其峰值功率也不同。如某600WTVS，對1000mS脈寬最大吸收功率為600W,但是對50mS脈寬吸收功率就可達到2100W,而對10mS的脈寬最大吸收功率就只有200W了。而且吸收功率還和脈沖波形有關，如果是半個正弦波形式的脈沖，吸收功率就要減到75%;若是方波形式的脈沖，吸收功率就要減到66%;(5)平均穩態功率的匹配對于需要承受有規律的、短暫的脈沖群沖擊的TVS,如應用在繼電器、功率開關或電機控制等場合，有必要引入平均穩態功率的概念。例如，在一功率開關電路中會產生120Hz,寬度為4mS,峰值電流為25A的脈沖群。選用的TVS可

9、以將單個脈沖的電壓箝位到11.2Vo此中平均穩態功率的計算為：脈沖時間間隔等于頻率的倒數1/120=0.0083S,峰值吸收功率是箝位電壓與脈沖電流的乘積11.2VX25A=280W,平均功率則為峰值功率與脈沖寬度對脈沖間隔比值的乘積，即280X(0.000004S/0.0083S)=0.134W。也就是說，選用的TVS平均穩態功率必須大于0.134W;(6)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；(7)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；(8)根據溫度考慮，瞬態電壓抑制器可以在55c十150C之間工作

10、。如果需要TVS在一個變化的溫度下工作，由于其反向漏電流ID是隨溫度增加而增大；功耗隨TVS結溫增加而下降，從十25十175,大約線性下降50%;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。3.5TVS管在使用中應注意的事項對于瞬變電壓的吸收功率（峰值）與瞬變電壓脈沖寬度間的關系，手冊給的只是特定脈寬下的吸收功率（峰值），而實際線路中的脈沖寬度則是變化莫測的，技術人員事前要有估計，對寬脈沖應降額使用。對于小電流負載的保護方面，可有意識地在線路中增加限流電阻，只要限流電阻的阻值適當，就不會影響線路的正常工作，但限流電阻對干擾所產生的電流卻會

11、大大減小。這就有可能選用峰值功率較小的TVS管來對小電流負載線路進行保護。對重復出現的瞬變電壓的抑制，尤其值得注意的是TVS管的穩態平均功率是否在安全范圍之內3.6降額使用作為半導體器件的TVS管，要注意環境溫度升高時的降額使用問題。特別要注意TVS管的引線長短以及它與被保護線路的相對距離。當沒有合適電壓的TVS管供采用時，允許用多個TVS管串聯使用。串聯管的最大電流決定于所采用管中電流吸收能力最小的一個。而峰值吸收功率等于這個電流與串聯管電壓之和的乘積.瞬態抑制二極管（TVS,硅瞬變電壓吸收二極管，SiliconTransientVoltageSuppressor）。用于并聯于電源正負極，防止過大的反向電壓對負載電路的沖擊。起到保護電路的作用。當其兩極受到反向瞬態高能量沖擊時，器件迅速導通（以1012ns量級的速度將兩極間的高阻抗變為低阻抗