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浪涌硅瞬变吸收二极管

发布时间:2016-09-26 11:56:07

浪涌硅瞬变吸收二极管(TVS)的了作有点像普通的稳压管,是钳位型保护器件,其应用是与浪涌保护器被保护设备并联使用。浪涌硅瞬变电压吸收二极管具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力,并有较多的电压挡次,可用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压,以及感应雷所产生的过电压。

(1)TVS的特性。TVS的电路符号和普通的稳压管相同,其电压—电流特性曲线如图2—10所示,其正向特性与普通二极管相同,反向特性为典型的PN结雪崩器件,TVS的电压(电流)时间特性如图2—11所示。在浪涌电压的作用下,TVS两极间的电压由额定反向关断电压UwM上升到击穿电压Ute而被击穿。随着击穿电流的㈩现,流过TVS的电流将达到峰值脉冲电流…,同时在其两端的电压被钳位到预定的最大钳位电压叭以下。其后,随着脉冲电流按指数衰减,TVS两极间的电压也不断卜降,最后恢复到初态,这就是TVS抑制可能出现的浪涌脉冲功率、保护电子元器件的过程。当TVS两极受到反向高能量冲击时,它能以亚纳秒级的速度,将其两极间的阻抗由高变低,浪涌保护器吸收高达数千瓦的浪涌功率,使两极间的电位钳位于预定值,有效地保护电子设备中的元器件免受浪涌脉冲的损害。TVS具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、钳位电压容易控制、体积小等优点,目前已广泛应用天家用电器、电子仪表、通信设备、电源、计算机系统等各个领域。

(2)TVS的主要参数。

1)最大反向漏电流/。:当最大反向下作电压施加到TVS上时,产生的一个恒定电流称为最大漏电流。当TVS用于高阻抗电路时,这个漏电流是一个重要的参数。

2)击穿电压u。:U。是TVS最小的击穿电压,指器件在发牛击穿的区域内,在规定的试验电流条件下所测得的g2件两端的电压值。在25'C时,低于这个电压TVS是不会发生雪崩的,3)击穿电流/,:指浪涌保护器在发生击穿的区域内,在规定的试验电压条件下所测得的流过器的电流值。

4)最大反向工作电压U删;该电压是指器件反向工作时,在规定的漏电流下,器件两端的电压值,流过它的电流应小于或等于其最大反向漏流/D。通常取U删=(O.8一O.9)Um(2—3)

在这个电压下,器件的功率消耗很小。

5)最大反向峰值脉冲电流/,:该参数是指在反向工作条件下,在规定的脉冲时间内器件所允许通过的最大峰值脉冲电流。

6)最大钳位电Uc;当持续时间为20/~s的脉冲峰值电流Jlv流过TVS时,在其两端出现的最大峰值电压称为最大钳位电压。最大钳位电压与击穿电压之比称为钳位系数。一般钳位系数取值为1.33(在总的额定功率下)或1.20(在50%%的额定功率下)。最大钳位电压uc和最大峰值脉冲电流Ipp反映了TVS的浪涌抑制能力。

7)电容量c。电容量c是由TVS雪崩结截面决定的,是在特定的1MHz频率下测得的。

c的大小与TVS的电流承受能力成iEkC,c太大将使信号衰减。因此,c是数据接口电路选用TVS的重要参数。

8)最大峰值脉冲功耗PM。户。是TVS能承受的最大峰值脉冲功率耗散值。在给定的最大钳位电压下,功耗J)。越大,其浪涌保护器浪涌电流的承受能力越大;在给定的功耗Pv下,钳位电压uc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,元器件规定的脉冲重复频率(持续时间与间歇时间之比)为o.o%。如果电路内出现重复性脉冲,应考虑脉冲功率的累积,有可能损坏TVS。

(3)TVS器件选用。下面给出如何选用TVS器件,从而为电路提供最好的瞬变电压抑制;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最大可承受电压。

2)TVS的额定反向关断电压uwm应大于或等于被保护电路的最大工作电压.若选用的Um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)TVS的最大反向钳位电压UL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的最大峰值脉冲功率户u必须大于被保护电路可能出现的峰值脉冲功率。在确定了最大钳位电压后,其峰值脉冲电流应大干瞬态浪涌电流。一般TVS的最大峰值脉冲功率是以10/1000tis的非重复脉冲给出的,而实际的脉冲宽度是由脉冲源决定的,当脉冲宽度不同时期峰值功率也不同。如某600WTVS,对1000/~s脉宽晟大吸收功率为600W,但是对50t~s脉宽其吸收功率就可达到2100W,而对10t~s的脉宽其最大吸收功率就只有200W了。而且吸收功率还和脉冲波形有关:如果是半个正弦波形式的脉冲,吸收功率就要减到75%,若是方波形式的脉冲,吸收功率就要减到66%。

5)对于需要承受有规律的、短暂的脉冲群冲击的TVS,如应用在继电器、功率开关或电动机控制等场合,有必要引入平均稳态功率的概念。举例说明,在一功率开关电路中会产生频率为120Hz、宽度为4up、峰值电流为25A的脉冲群,选用的TVS可以将单个脉冲的电压钳位到儿2V。此平均稳态功率的计算为:脉冲时间间隔等于频率的倒数,即1/120--0.0083(s),峰值吸收功率是钳位电压与脉冲电流的乘积,即u.2~25280(w),平均功串则为峰值功率与脉冲宽度对脉冲间隔比值的乘积,即280X(o.000 004/0.0083)=o.134(W)。也就是说,选用的TVS平均稳态功率必须大干o.134W。

6)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。

7)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。

8)TVS虽然可以在一5s一--150'CT_作,但因其反向漏电流/。是随温度增加而增大的;功耗是随TVS结温增加而下降的,从+254+175~C,大约线性下降50%;击穿电压U盟也随温度的增加桉一定的系数增加。因此,在设计选用时必须查阅相关产品的技术参数,并考虑温度变化对其特性的影响。

(4)TVS管在使用中应注意的事项。对瞬变电压的吸收功率(峰值)与瞬变电压脉冲宽度间的关系,相关书中给的只是特定脉宽下的吸收功率(峰值),而实际线路中的脉冲宽度则变化莫测,事前要有估计。对宽脉冲应降额使用。

对小电流负载的保护,可有意识地在线路中增加限流电阻,只要限流电阻的阻值适当,就不会影响线路的正常工作,但限流电阻对干扰所产生的电流却会大大减小。这就有可能选用峰值功率较小的TVS管来对小电流负载线路进行保护。

对重复出现的瞬变电压的抑制,尤其值得注意的是TVS管的稳态平均功率是否在安全范围之内。作为半导体器件的TVS管,要注意环境温度升高时的降额使用问题。特别要注意TVS管的引线长短,以及它与被保护线路的相对距离。当没有合适电压的TVS管供采用时,允许用多个TVS管串联使用。串联管的最大电流决定于所采用管中电流吸收能力最小的一个。

而峰值吸收功率等于这个电流与串联管电压之和的乘积。

TVS管的结电容是影响它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管与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,因而二者串联的等效电容也较小,可满足高频使用的要求。