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瞬态抑制二极管

概述
TVS管是瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor)的简称。

它的特点是:响应速度特别快(为ns级);耐浪涌冲击能力较放电管和压敏电阻差,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6.8V~550V的系列值,便于各种不同电压的电路使用。

特性
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,其主要特性参数有:
①反向断态电压(截止电压)VRWM与反向漏电流IR:反向断态电压(截止电压)VRWM表示TVS 管不导通的最高电压,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IT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波的最大峰值电流(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永久性损坏。

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。

④最大箝位电压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与最大箝位电压VC的乘积,即Pm=IPP*VC。

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。

瞬态抑制二极管(TransientVoltageSuppressor)简称TVS,是一种二极管形式的高效能保护器件。

当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时,它能以10的负12次方秒量级的速度,将其两极间的高阻抗变为低阻抗,吸收高达数千瓦的浪涌功率,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,免受各种浪涌脉冲的损坏。

由于它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点,目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、交/直流电源、汽车、电子镇流器、家用电器、仪器仪表(电度表),RS232/422/423/485、I/O、LAN、ISDN、ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、数字照相机的保护、共模/差模保护、RF耦合/IC驱动接收保护、电机电磁波干扰抑制、声频/视频输入、传感器/变速器、工控回路、继电器、接触器噪音的抑制等各个领域。

2区别电压及电流的瞬态干扰是造成电子电路及设备损坏的主要原因,常给人们带来无法估量的损失。

这些干扰通常来自于电力设备的起停操作、交流电网的不稳定、雷击干扰及静电放电等,瞬态干扰几乎无处不在、无时不有,使人感到防不胜防。

幸好,一种高效能的电路保护器件TVS的出现使瞬态干扰得到了有效抑制TVS(TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR)或称瞬变电压抑制二极管是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品,其电路符号和普通稳压二极管相同,外形也与普通二极管无异,当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时,它能以极高的速度(最高达1/(10^12)秒)使其阻抗骤然降低,同时吸收一个大电流,将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上,从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。

如果是使用的话,TVS有二极管类,和压敏电阻类。

我个人认为压敏电阻类更有优势,目前广泛用于手机,LCD模组,及一些比较精密的手持设备。

特别是出口欧洲的产品一般都要加,来作为静电防护的主要手段之一。

TVS和齐纳稳压管都能用作稳压,但是齐纳击穿电流更小,大于10V的稳压只有1mA,相对来说要比齐纳二极管击穿电流要大不少,但是齐纳二极管稳压精度可以做的比较高。

在电路中一般工作于反向截止状态,此时它不影响电路的任何功能。

TVS在规定的反向应用条件下,当电路中由于雷电、各种电器干扰出现大幅度的瞬态干扰电压或脉冲电流时,它在极短的时间内(最高可达到1×10-12秒)迅速转入反向导通状态,并将电路的电压箝位在所要求的安全数值上,从而有效的保护电子线路中精密元器件免受损坏。

干扰脉冲过去后,TVS又转入反向截止状态。

由于在反向导通时,其箝位电压低于电路中其它器件的最高耐压,因此起到了对其它元器件的保护作用。

TVS能承受的瞬时脉冲功率可达上千瓦,其箝位时间仅为1ps[1]。

TVS根据极性可分为单向和双向TVS。

单向TVS一般适用于直流电路,双向TVS 一般适用于交流电路中。

由于TVS起保护作用时动作迅速、寿命长、使用方便,因此在瞬变电压防护领域有着非常广泛的应用。

TVS瞬态抑制二极管的原理
TVS用于瞬间突波之抑制,与受保护器件并联。

在正常工作状态下,TVS对受保护线路呈高阻抗状态,当瞬间电压超过其击穿电压时,TVS就提供一个低阻抗的路径予瞬间电流。

使得流向被保护元器件的瞬间电流转而分流到TVS二极管,而受保护元器件两端的电压被限制在TVS两端的箝制电压(Clamping Voltage)。

当这个过压条件消失后,TVS二极管又将恢复到高阻抗状态。

TVS瞬态抑制二极管的命名法则
a)TVS管的型号由三部分组成:系列名+电压值+单/双向符号
b)系列名代表不同的峰值脉冲功率和封装形式SMAJ、SMBJ、SMCJ、SMDJ表示贴片封装:分别代表的峰值脉冲功率为400W、600W、1500W和3000W;其它系列名表示同轴引线封装:P4KE为400W、P6KE为600W、1.5KE为1500W,SA为500W、3KP为3000W,其余类推(型号名KP或KPA前面的数字表示kW数)。

c)系列名后的数字代表击穿电压标称值或反向断态电压值P4KE、P6KE、1.5KE系列中代表击穿电压标称值(VBR);其它系列中代表反向断态电压值(VRWM)。

d)A表示单向,CA表示双向。

注意:SAC(500W)、LCE (1500W)系列是低电容的TVS管,只有单向,没有双向。

TVS瞬态抑制二极管使用指南
TVS管使用时一般并联在被保护电路上。

为了限制流过TVS管的电流不超过管子允许通过的峰值电流IPP,应在线路串联加限流元件,如电阻、自恢复保险丝、电感等。

击穿电压VBR的选择:TVS管的击穿电压应根据线路最高工作电压US按公式:VBRmin≥1.2US 或VRWM ≥1.1US 选择。

脉冲峰值电流IPP的选择:当TVS管单独使用时,要根据线路上可能出现的最大浪涌电流来选择合适的型号。

当TVS管在放电管后作为第二级保护时,一般用500W~600W的就可以了。

用于信号传输电路保护时,一定要注意所传输信号的频率或传输速率。

当信号频率或传输速率较高时,应选用低电容系列的管子:信号频率(传输速率)≥10MHz(Mb/s),Cj≤60pF;信号频率(传输速率)≥100 MHz(Mb/s),Cj≤20pF。

当低电容系列仍满足不了要求时,就应把TVS管串联到高速二极管组成的桥路中。

TVS瞬态抑制二极管的选取
最大箝位电压VC要小于电路允许的最大安全电压。

截止电压VRWM大于电路的最大工作电压,一般可以选择VRWM等于或者略大于电路的最大工作电压。

额定的最大脉冲功率(TVS 参数中给出)PM要大于最大瞬态浪涌功率。

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