瞬態電壓抑制器在承受瞬間高能量脈沖時,能在極短的內由原來的高阻抗狀態變為低阻抗,并把電壓箝制到特定的水平,從而有效地保護用戶的設備和元器件不受損壞,可應用于家用電器、電子儀器、精密設備、計算機系統、通訊設備、RS232&485及?CAN等通訊端口、ISDN的保護等各個領域。不同的應用應選取有效保護的TVS器件,本文介紹選取原則。
合適TVS元件的選取取決于被保護的信號路數、可接受的電路板級空間和被保護電路的電特性。TVS二極管具有形式各異的封裝和結構來滿足現代電子系統的防護需求。對高功率應用場合,TVS器件一般采用表面貼裝和軸向引線封裝。而對多線路進行保護的TVS陣列則采用標準的JEDEC SO封裝。而電路板空間非常緊張的場合,TVS器件則采用SOT23封裝形式以降低成本。然而無論什么樣的應用場合,TVS器件選取的依據是器件的基本指標參數。
如圖1所示為雙向TVS二極管的典型IV特性曲線,關鍵的器件指標參數包括:
最大反向電壓(VRWM):它是器件正常工作的直流電壓。在此電壓以下,器件對被保護的電路呈現高阻狀態。分立TVS器件的反向電壓從2.8V到440V各異。這個參數也可以稱為工作電壓。
反向擊穿電壓(VBR):從此點開始器件工作在雪崩擊穿模式開始導通,并且成為瞬變脈沖泄放的低阻通道。擊穿電壓在測試電流IT(典型值1mA或10mA)下測得。
圖1
峰值電流(IPP):器件可承受的最大浪涌電流。TVS二極管數據手冊為特定的瞬態波形會定義一個器件可承受的峰值脈沖能力。大多數TVS二極管標稱的IPP是8/20μs或者10/1000μs脈沖波形下測得的。TVS二極管在更短持續時間脈沖下,可承受更高的峰值電流。
箝位電壓(VC):在特定峰值電流下,落在TVS器件上的最大電壓。當TVS管承受瞬態高能量沖擊時,管子中流過大電流,峰值為IPP,端電壓由VRWM值上升到VC值就不再上升了,從而實現了保護作用。浪涌過后,隨時間IPP以指數形式衰減,當衰減到一定值后,TVS兩端電壓由VC開始下降,恢復原來狀態。箝位電壓VC與擊穿電壓VBR之比稱為箝位因子Cf,表示為Cf= VC /VBR,一般箝位因子為1.2~1.4。
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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.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。
5.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。
1.確定待保護電路 的直流電壓或持續工作電壓。如果是交流電,應計算出最大值,即用有效值*1.414。
2.TVS的反向變位電壓即工作電壓(VRWM)--選擇TVS的VRWM等于或大于上述步驟1所規定的操作電壓。這就保證了在正常工作條件下TVS吸收的電流可忽略不計,如果步驟1所規定的電壓高于TVS的VRWM ,TVS將吸收大量的漏電流而處于雪崩擊穿狀態,從而影響電路的工作。
3.最大峰值脈沖功率:確定電路的干擾脈沖情況,根據干擾脈沖的波形、脈沖持續時間,確定能夠有效抑制該干擾的TVS峰值脈沖功率。
4.所選TVS的最大箝位電壓(VC)應低于被保護電路所允許的最大承受電壓。
5.單極性還是雙極性-常常會出現這樣的誤解即雙向TVS用來抑制反向浪涌脈沖,其實并非如此。雙向TVS用于交流電或來自正負雙向脈沖的場合。TVS有時也用于減少電容 。如果電路只有正向電平信號,那麼單向TVS就足夠了。TVS操作方式如下:正向浪涌時,TVS處于反向雪崩擊穿狀態;反向浪涌時,TVS類似正向偏置二極管一樣導通并吸收浪涌能量。在低電容電路里情況就不是這樣了。應選用雙向TVS以保護電路中的低電容器 件免受反向浪涌的損害。
6.如果知道比較準確的浪涌電流IPP,那么可以利用VC來確定其功率,如果無法確定功率的大概范圍,一般來說,選擇功率大一些比較好。