什么是瞬态抑制二极管
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、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。
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。具体有以下三大特点:
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。
一、TVS的特性及主要参数
1、TVS的特性曲线
TVS的威廉希尔官方网站
符号与普通稳压二极管相同。它的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。在瞬态峰值脉冲电流作用下,流过TVS的电流,由原来的反向漏电流ID上升到IR时,其两极呈现的电压由额定反向关断电压VWM上升到击穿电压VBR,TVS被击穿。随着峰值脉冲电流的出现,流过TVS的电流达到峰值脉冲电流IPP。在其两极的电压被箝位到预定的最大箝位电压以下。尔后,随着脉冲电流按指数衰减,TVS两极的电压也不断下降,最后恢复到起始状态。这就是TVS抑制可能出现的浪涌脉冲功率,保护电子元器件的整个过程。
2、TVS的特性参数
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,流过它的电流应于或等于其最大反向漏电流ID。
②最击穿电压VBR和击穿电流IRVBR是TVS最的雪崩电压。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和平共处±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是数据接口威廉希尔官方网站
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%,如果威廉希尔官方网站
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是从零到最击穿电压VBR的时间。对单极性TVS于1×10-12秒;对双极性TVS于是1×10-11秒。
二、TVS二极管的分类
TVS器件可以按极性分为单极性和双极性两种,按用途可分为各种威廉希尔官方网站
都适用的通用型器件和特殊威廉希尔官方网站
适用的专用型器件。如:各种交流电压保护器、4~200mA电流环保器、数据线保护器、同轴电缆保护器、电话机保护器等。若按封装及内部结构可分为:轴向引线二极管、双列直插TVS阵列(适用多线保护)、贴片式、组件式和大功率模块式等。
三、TVS的选用技巧
1、确定被保护威廉希尔官方网站
的最大直流或连续工作电压、威廉希尔官方网站
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威廉希尔官方网站
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威廉希尔官方网站
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应于被保护威廉希尔官方网站
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必须大于被保护威廉希尔官方网站
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、对于数据接口威廉希尔官方网站
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。交流威廉希尔官方网站
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。
四、TVS与压敏电阻的比较
,国内不少需进行浪涌保护的设备上使用的是压敏电阻。压敏电阻是一种金属化物变阻器。TVS比压敏电阻的特性优越得多.