瞬態(tài)抑制二極管的特點(diǎn)和應(yīng)用

1、瞬態(tài)抑制二極管TVS的特點(diǎn)與應(yīng)用一、什么是瞬態(tài)抑制二極管瞬態(tài)二極管（Transient Voltage Suppressor）簡(jiǎn)稱(chēng)TVS，是一種二極管形式的高 效能保護(hù)器件。當(dāng)TVS二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，它能以10的負(fù)12次 方秒量級(jí)的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩梗崭哌_(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使 兩極間的電壓箝位于一個(gè)預(yù)定值，有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件，免受各種浪 涌脈沖的損壞。硅瞬變吸收二極管的工作有點(diǎn)像普通的穩(wěn)壓管，是箝位型的干擾吸收器件；其應(yīng)用 是與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)使用。硅瞬變電壓吸收二極管具有極快的響應(yīng)時(shí)間（亞納秒級(jí)）和相 當(dāng)高的浪涌吸收能力，及極多的電壓檔次。

2、可用于保護(hù)設(shè)備或電路免受靜電、電感性負(fù) 載切換時(shí)產(chǎn)生的瞬變電壓，以及感應(yīng)雷所產(chǎn)生的過(guò)電壓。TVS管有單方向（單個(gè)二極管）和雙方向（兩個(gè)背對(duì)背連接的二極管）兩種，它們的主 要參數(shù)是擊穿電壓、漏電流和電容。使用中TVS管的擊穿電壓要比被保護(hù)電路工作電壓 高10%左右，以防止因線路工作電壓接近TVS擊穿電壓，使TVS漏電流影響電路正常工作; 也避免因環(huán)境溫度變化導(dǎo)致TVS管擊穿電壓落入線路正常工作電壓的范圍。TVS管有多種封裝形式，如軸向引線產(chǎn)品可用在電源饋線上；雙列直插的和表面貼 裝的適合于在印刷板上作為邏輯電路、I/O總線及數(shù)據(jù)總線的保護(hù)。二、TVS的特性TVS的電路符號(hào)和普通的穩(wěn)壓管相同。其正

3、向特性與普通二極管相同，反向特性為 典型的PN結(jié)雪崩器件。在浪涌電壓的作用下，TVS兩極間的電壓由額定反向關(guān)斷電壓VWM上升到擊穿電壓 VBR，而被擊穿。隨著擊穿電流的出現(xiàn)，流過(guò)TVS的電流將達(dá)到峰值脈沖電流IPP，同時(shí) 在其兩端的電壓被箝位到預(yù)定的最大箝位電壓VC以下。其后，隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，TVS兩極間的電壓也不斷下降，最后恢復(fù)到初態(tài)， 這就是TVS抑制可能出現(xiàn)的浪涌脈沖功率，保護(hù)電子元器件的過(guò)程。當(dāng)TVS兩極受到反向高能量沖擊時(shí)，它能以1012s級(jí)的速度，將其兩極間的阻抗由 高變低，吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電位箝位于預(yù)定值，有效地保護(hù)電子 設(shè)備中的元器件免受浪涌脈沖的損

4、害。TVS具有響應(yīng)時(shí)間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、箝位電壓容易控 制、體積小等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于家用電器、電子儀表、通訊設(shè)備、電源、計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域。三、TVS的主要參數(shù)*最大反向漏電流ID和額定反向關(guān)斷電壓VWM。VWM是TVS最大連續(xù)工作的直流或脈沖 電壓，當(dāng)這個(gè)反向電壓加于TVS的兩極間時(shí)它處于反向關(guān)斷狀態(tài)，流過(guò)它的電流應(yīng)小于 或等于其最大反向漏電流ID。*最小擊穿電壓VBR和擊穿電流IR。VBR是TVS最小的擊穿電壓。在25C時(shí)，低于這個(gè) 電壓TVS是不會(huì)發(fā)生雪崩的。當(dāng)TVS流過(guò)規(guī)定的1mA電流(IR)時(shí)，加于TVS兩極的電壓為其 最小擊穿電壓VBR。按TVS的

5、VBR與標(biāo)準(zhǔn)值的離散程度，可把VBR分為5%和10%兩種。對(duì) 于5%的VBR來(lái)說(shuō)，VWM=0.85VBR；對(duì)于 10%的VBR來(lái)說(shuō)，VWM=0.81VBR。*最大箝位電壓VC和最大峰值脈沖電流IPP。當(dāng)持續(xù)時(shí)間為20mS的脈沖峰值電流IPP 流過(guò)TVS時(shí)，在其兩端出現(xiàn)的最大峰值電壓為VC。VC、IPP反映了TVS的浪涌抑制能力。 VC與VBR之比稱(chēng)為箝位因子，一般在1.21.4之間。*電容量C。電容量C是由TVS雪崩結(jié)截面決定的，是在特定的1 MHz頻率下測(cè)得的。C 的大小與TVS的電流承受能力成正比，C太大將使信號(hào)衰減。因此，C是數(shù)據(jù)接口電路選 用TVS的重要參數(shù)。*最大峰值脈沖功耗PM。P

6、M是TVS能承受的最大峰值脈沖功率耗散值。在給定的最大 箝位電壓下，功M越大，其浪涌電流的承受能力越大；在給定的功耗劃下，箝位電壓 VC越低，其浪涌電流的承受能力越大。另外，峰值脈沖功耗還與脈沖波形、持續(xù)時(shí)間和 環(huán)境溫度有關(guān)。而且，TVS所能承受的瞬態(tài)脈沖是不重復(fù)的，器件規(guī)定的脈沖重復(fù)頻率(持續(xù)時(shí)間與 間歇時(shí)間之比)為0.01 %。如果電路內(nèi)出現(xiàn)重復(fù)性脈沖，應(yīng)考慮脈沖功率的累積，有可 能損壞TVS。*箝位時(shí)間TC。TC是從零到最小擊穿電壓VBR的時(shí)間。對(duì)單極性TVS小于1X10-12s； 對(duì)雙極性TVS小于10X10-12s。四、TVS的分類(lèi)TVS器件按極性可分為單極性和雙極性?xún)煞N；按用途可分

7、為通用型和專(zhuān)用型；按封 裝和內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為：軸向引線二極管、雙列直STVS陣列、貼片式和大功率模塊等。 軸向引線的產(chǎn)品峰值功率可以達(dá)到400W、500W、600W、1500W和5000W。其中大功率的產(chǎn) 品主要用在電源饋線上，低功率產(chǎn)品主要用在高密度安裝的場(chǎng)合。對(duì)于高密度安裝的場(chǎng) 合還可以選擇雙列直插和表面貼裝的封裝形式。五、TVS的選用*確定被保護(hù)電路的最大直流或連續(xù)工作電壓，電路的額定標(biāo)準(zhǔn)電壓和最大可承受 電壓。*TVS的額定反向關(guān)斷電壓VWM應(yīng)六、壓敏電阻和TVS如果電機(jī)是AC24V的，在電機(jī)方向線對(duì)地接一個(gè)470K壓敏電阻；如果電機(jī)是AC220V, 則加471K壓敏電阻。意義重要是消除

8、電機(jī)換相產(chǎn)生的尖峰高壓。壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量，但不能承受毫安級(jí)以上的持續(xù)電流，在用 作過(guò)壓保護(hù)時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)。壓敏電阻的選用，一般選擇標(biāo)稱(chēng)壓敏電困1mA和通流 容量?jī)蓚€(gè)參數(shù)。1、所謂壓敏電壓，即擊穿電壓或閾值電壓。指在規(guī)定電流下的電壓值，大多數(shù)情 況下用1 mA直流電流通入壓敏電阻器時(shí)測(cè)得的電壓值，其產(chǎn)品的壓敏電壓范圍可以從10 -9000V不等?？筛鶕?jù)具體需要正確選用。一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC，式中，Vp為電路額定電壓的峰值。VAC為額定交流電壓的 有效值。ZnO壓敏電阻的電壓值選擇是至關(guān)重要的，它關(guān)系到保護(hù)效果與使用壽命。如一臺(tái)用電器的額定電源電壓為220V

9、，則壓敏電阻電壓值V1mA=1.5Vp=1.5X 1.414 X220V=476V, V1mA=2.2VAC=2.2X220V=484V，因此壓敏電阻的擊穿電壓可選在470- 480V之間。2、所謂通流容量，即最大脈沖電流的峰值是環(huán)境溫度為25C情況下，對(duì)于規(guī)定的 沖擊電流波形和規(guī)定的沖擊電流次數(shù)而言，壓敏電壓的變化不超過(guò)土 10%時(shí)的最大脈 沖電流值。為了延長(zhǎng)器件的使用壽命，ZnO壓敏電阻所吸收的浪涌電流幅值應(yīng)小于手冊(cè) 中給出的產(chǎn)品最大通流量。然而從保護(hù)效果出發(fā)，要求所選用的通流量大一些好。在許多情況下，實(shí)際發(fā)生的 通流量是很難精確計(jì)算的，則選用2-20KA的產(chǎn)品。如手頭產(chǎn)品的通流量不能滿(mǎn)足

10、使用 要求時(shí)，可將幾只單個(gè)的壓敏電阻并聯(lián)使用，并聯(lián)后的壓敏電不變，其通流量為各單只 壓敏電阻數(shù)值之和。要求并聯(lián)的壓敏電阻伏安特性盡量相同，否則易引起分流不均勻而 損壞壓敏電阻。標(biāo)稱(chēng)電壓選取一般地說(shuō)，壓敏電阻器常常與被保護(hù)器件或裝置并聯(lián)使用，在正常情況下，壓敏電 阻器兩端的直流或交流電壓應(yīng)低于標(biāo)稱(chēng)電壓，即使在電源波動(dòng)情況最壞時(shí)，也不應(yīng)高于 額定值中選擇的最大連續(xù)工作電壓，該最大連續(xù)工作電壓值所對(duì)應(yīng)的標(biāo)稱(chēng)電壓值即為選 用值。對(duì)于過(guò)壓保護(hù)方面的應(yīng)用，壓敏電壓值應(yīng)大于實(shí)際電路的電壓值，一般應(yīng)使用下 式進(jìn)行選擇：VmA=av/bc式中：a為電路電壓波動(dòng)系數(shù)，一般取1.2； v為電路直流工作電壓(交 流時(shí)為有效值)；b為壓敏電壓誤差，一般取0.85； c為元件的老化系數(shù)，一般取0.9；這樣計(jì)算得到的VmA實(shí)際數(shù)值是直流工作電壓的1. 5倍，在交流狀態(tài)下還要考慮峰 值，因此計(jì)算結(jié)果應(yīng)