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深圳市诚谦顺电子有限公司

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过电压保护——瞬态抑制二极管(TVS)选型原理

发布时间: 2019/4/30 15:23:31 | 260 次阅读

■深圳市诚谦顺电子作为电路保护的企业,提供种类繁多、范围广泛的电路保护产品组合。


一.瞬态抑制二极管概述

TVS(Transient Voltage Suppressor)瞬态电压抑制器。当两极受到反向瞬态高能量冲击时,能以 10 的负 12 次方秒量级的速度,将两极间的高阻抗变为低阻抗,使两极间的电压箝位于一个预定值,有效地保护电子线路中的精密元器件。在浪涌电压作用下,TVS 两极间的电压由额定反向关断电压 VWM 上升到击穿电压 VBR,而被击穿,随着击穿电流的出现,流过 TVS 的电流将达到峰值脉冲电流 IPP,同时在其两端的电压被钳位到预定的钳位电压 VC 以下,其后,随着脉冲电流按指数衰减,TVS 两极间的电压也不断下降,恢复到初态;TVS 管有单向与双向之分,单向 TVS 管的特性与稳压二极管相似,双向 TVS管的特性相当于两个稳压二极管反向串联。


二.其主要特性参数

1、反向截止电压 VRWM 与反向漏电流 IR:反向截止电压 VRWM 表示 TVS 管 不导通的电压,在这个电压下只有很小的反向漏电流 IR。

2、击穿电压 VBR:TVS 管通过规定的测试电流时的电压,这是表示 TVS 管导 通的标志电压。

3、脉冲峰值电流 IPP:TVS 管允许通过的 10/1000μs 波的峰值电流(8/20μs 波的峰值电流约为其 5 倍左右),超过这个电流值就可能造成性损坏。在同一个系列中,击穿电压越高的管子允许通过的峰值电流越小,一般是几 A~几十 A。

4、箝位电压 VC:TVS 管流过脉冲峰值电流 IPP 时两端所呈现的电压。

5、脉冲峰值功率 Pm: 脉冲峰值功率 Pm 是指 10/1000μs 波的脉冲峰值电流 IPP 与箝位电压 VC 的乘积,即 Pm=IPP*VC;在给定的钳位电压下, 功耗 PM 越大,其浪涌电流承受能力越大,在给定的功耗 PM 下,钳位电压越 低,其浪涌电流的承受能力越大;另外,峰值脉冲功耗还与脉冲波形,持续时间和环境温度有关:典型的脉冲波形持续时间为 1ms,当施加到二极管上的脉冲波形持续时间小于 TP,则随着 TP 的减小脉冲峰值功率增加;TVS 所能承受的瞬态脉冲式不重复的,如果电路内出现重复性脉冲,应考虑脉冲功率的累积可能损坏 TVS。

6、稳态功率 P0:TVS 管也可以作稳压二极管用,这时要使用稳态功率。

7、极间电容 Cj:与压敏电阻一样,TVS 管的极间电容 Cj 也较大,且单向的比 双向的大,功率越大的电容也越大,极间电容会影响 TVS 的响应时间。

8、峰值电流波形:A、正弦半波 B、矩形波 C 、标准波(指数波形) D、三角 波 TVS 峰值电流的试验波形采用标准波(指数波形),由 TR/TP 决定。 峰值电流上升时间 TR: 电流从 0.1IPP 开始达到 0.9 IPP 的时间。 半峰值电流时间 TP:电流从零开始通过峰值后,下降到 0.5IPP 值的时间。 下面列出典型试验波形的 TR/TP 值: EMP 波:10ns /1000ns 闪电波:8μs /20μs 标准波:10μs /1000μs

三. 特点:

响应速度快(为ns 级)、瞬态功率大、漏电流低;

其 10/1000μs 波脉冲功率从 400W~30KW,脉冲峰值电流从 0.52A~544A;

击穿电压有从 5V~550V 的系列值,便于各种不同电压的电路使用。

四.选型依据及注意事项:

1、TVS 的反向钳位电压 VC 应小于被保护电路的损坏电压;

2、TVS 的额定反向关断电压 VWM 要大于或等于被保护电路的工作电压, 若选用的 VWM 太低,器件可能进入雪崩或因反向漏电流太大影响电路的正常 工作;

3、 交流电压只能用双向 TVS;

4、在规定的脉冲持续时间内,TVS 的峰值脉冲功率 PM 必须大于被保护电路可能出现的峰值脉冲功率,在确定了钳位电压后,其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流;

5、结电容是影响 TVS 在高速线路中使用的关键因素,在这种情况下,一般用一个 TVS 管和一个快恢复二极管以背对背的方式连接,由于快恢复二极管有较小的结电容,因而二者串联的等小电容也较小,可以满足高频使用的要求;

6、需要考虑降额使用的应用;