摘要:瞬态抑制二极管作为二极管的高效能保护器件,目前已经得到了广泛的运用,下面主要说说瞬态抑制二极管的作用、工作原理以及选型介绍。
瞬态抑制二极管简介
瞬态二极管(Transient Voltage Suppressor)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。
瞬态抑制二极管特点
1、将TVS 二极管加在信号及电源线上,能防止微处理器或单片机因瞬间的脉冲,如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。
2、静电放电效应能释放超过10000V、60A 以上的脉冲,并能持续10ms;而一般的TTL 器件,遇到超过30ms 的10V脉冲时,便会导至损坏。利用TVS 二极管,可有效吸收会造成器件损坏的脉冲,并能消除由总线之间开关所引起的干扰(Crosstalk)。
3、将TVS 二极管放置在信号线及接地间,能避免数据及控制总线受到不必要的噪声影响。
瞬态抑制二极管参数
①最大反向漏电流ID和额定反向关断电压VWM。
VWM 是TVS 最大连续工作的直流或脉冲电压,当这个反向电压加入TVS 的两极间时,它处于反向关断状态,流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流 ID。
②最小击穿电压VBR 和击穿电流IR
VBR 是TVS 最小的雪崩电压。25℃时,在这个电压之前,TVS 是不导通的。当TVS 流过规定的1mA 电流(IR)时,加入TVS 两极间的电压为其最小击穿电压VBR。按TVS 的VBR 与标准值的离散程度,可把TVS 分为±5%VBR和±10%VBR 两种。对于±5%VBR来说,VWM=0.85VBR;对于±10%VBR 来说,VWM=0.81VBR。
③最大箝拉电压VC 和最大峰值脉冲电流IPP
当持续时间为20微秒的脉冲峰值电流IPP 流过TVS 时,在其两极间出现的最大峰值电压为VC。它是串联电阻上和因温度系数两者电压上升的组合。VC 、IPP反映 TVS 器件的浪涌抑制能力。VC 与VBR 之比称为箝位因子,一般在1.2~1.4之间。
④电容量C
电容量C 是TVS 雪崩结截面决定的、在特定的1MHZ频率下测得的。C 的大小与TVS 的电流承受能力成正比,C 过大将使信号衰减。因此,C 是数据接口电路选用TVS 的重要参数。
⑤最大峰值脉冲功耗PM
PM 是TVS 能承受的最大峰值脉冲耗散功率。其规定的试验脉冲波形和各种TVS 的PM 值,请查阅有关产品手册。在给定的最大箝位电压下,功耗PM 越大,其浪涌电流的承受能力越大;在给定的功耗PM 下,箝位电压VC 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。而且TVS 所能承受的瞬态脉冲是不重复的,器件规定的脉冲重复频率(持续时间与间歇时间之比)为0.01%,如果电路内出现重复性脉冲,应考虑脉冲功率的“累积”,有可能使TVS 损坏。
⑥箝位时间TC
TC 是TVS两端电压从零到最小击穿电压VBR 的时间。对单极性TVS一般是1&TImes;10-12秒;对双极性TVS一般 是1&TImes;10-11 秒。
瞬态抑制二极管的作用
(1)将TVS二极管加在信号及电源线上,能防止微处理器或单片机因瞬间的肪冲,如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。
(2)静电放电效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲,并能持续10ms;而一般的TTL器件,遇到超过30ms的10V脉冲时,便会导至损坏。利用TVS二极管,可有效吸收会造成器件损坏的脉冲,并能消除由总线之间开关所引起的干扰(Crosstalk)。
(3)将TVS二极管放置在信号线及接地间,能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响。
瞬态抑制二极管的工作原理
器件并联于电路中,当电路正常工作时,它处于截止状态(高阻态),不影响线路正常工作,当电路出现异常过压并达到其击穿电压时,它迅速由高阻态变为低阻态,给瞬间电流提供低阻抗导通路径,同时把异常高压箝制在一个安全水平之内,从而保护被保护IC或线路;当异常过压消失,其恢复至高阻态,电路正常工作。
瞬态抑制二极管选用技巧
1、确定被保护电路的最大直流或连续工作电压、电路的额定标准电压和“高端”容限。
2、TVS额定反向关断VWM 应大于或等于被保护电路的最大工作电压。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。串行连接分电压,并行连接分电流。
3、 TVS 的最大箝位电压VC 应小于被保护电路的损坏电压。
4、在规定的脉冲持续时间内,TVS 的最大峰值脉冲功耗PM 必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。在确定 最大箝位电压后,其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。
5、对于数据接口电路的保护,还必须注意选取具有合适电容C 的TVS 器件。
6、根据用途选用TVS 的极性及封装结构。交流电路选用双极性TVS较为合理;多线保护选用TVS 阵列更为有利。
7、温度考虑。瞬态电压抑制器可以在-55~+150℃之间工作。如果需要TVS在一个变化的温度 工作,由于其反向漏电流ID是随增加而增大;功耗随TVS结温增加而下降,从+25℃到+175℃,大约线性下降50%雨击穿电压VBR 随温度的增加按一定的系数增加。因此,必须查阅有关产品资料,考虑温度变化对其特性的影响。