参考资料:TVS参数及选型方法 TVS(Transient Voltage suppressor)或称瞬变电压抑制二极管。当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时,它能以10-12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。 一、TVS工作原理 TVS用于瞬间脉冲的抑制,与受保护器件并联。在正常工作状态下,TVS对受保护线路呈现高阻抗状态,当瞬间电压超过其击穿电压VBR时,TVS就提供低阻抗路径给瞬间电流。使外界流向被保护器件的脉冲电流大部分流向TVS管,而受保护器件两端的电压被限制在TVS两端的钳制电压(Clamping Volatage),当过压消失后,TVS二极管又将恢复到高阻抗状态。其单向TVS管和双向TVS管的V-I特性曲线如图1。 图1 TVS管特性曲线 二、TVS参数 2.1、Vc--Clamping Voltage @Ipp(最大箝位电压) 最大箝位电压是指在瞬变电压抑制二极管流过脉冲峰值电流Ipp时两端所呈现的电压值,如图1。 2.2、VRWM--Working Peak Reverse Voltage(最大反向电压) Ir--Maximum Reverse Leakage Current @VRWM(最大反向漏电流) 最大反向电压表示TVS管不导通时的最高电压,通常VRWM=(0.8~0.9)VBR,此时TVS只有很小的反向漏电流Ir,如图1。 2.3、VBR--Breakdown Voltage @IT(反向击穿电压) TVS管通过规定的测试电流IT时的电压,这也是TVS管导通的标志电压。TVS管的击穿电压有±5%的误差范围(不带“A”的为±10%)。 2.4、Ppp--Maximum Peak Pulse Power(最大峰值脉冲功率) 脉冲峰值功率Ppp是指10/1000us波的脉冲峰值电流Ipp与最大箝位电压Vc的乘积,即Ppp=Ipp*Vc。 2.5、Cj--Junction Capacitance(结电容) Cj主要是指TVS连接GND和I/O时,具有的电容值。Cd为TVS管的引脚寄生电容,通信速率越高,线路上使用的ESD保护期间的结电容要越低,否则将破坏数据信号。 2.6、Ipp--Peak Forward Surage Current(最大脉冲峰值电流) TVS管可以承受的最大脉冲峰值电流。 三、TVS选型 3.1、最大篏位电压Vc的选择 瞬变电压抑制二极管(TVS)的最大箝位电压不能大于被防护电路可以承受的最大电压,否则会对被保护器件造成损坏。 3.2、脉冲峰值电流IPP的选择 如果清楚了解流过TVS管的脉冲峰值电流时,可根据所需要的IPP和Vc计算瞬变电压抑制二极管的最大峰值脉冲功率,然后再选取合适的TVS管。如果无法确定TVS管的脉冲峰值电流的大致范围,则尽量选用功率大的TVS管。当TVS管作为第二级保护时,一般使用500W~600W的器件就可以。 3.3、最大反向工作电压VRWM和击穿电压VBR的选择(二者定其一即可) TVS管的最大反向电压VRWM不应低于电路的最大工作电压,一般可选择VRWM等于或略高于电路最高工作电压UM;按照VRWM=(0.8~0.9)VBR,击穿电压可按公式:VBRmin≥1.2UM或VRWM≥1.1UM选择。直流时,UM即为直流电压;交流时,UM为交流电压的有效值。 四、TVS使用注意事项 4.1、TVS管使用时,一般并联在被保护电路上,为了限制流过TVS管的电流不超过管子允许通过的峰值电流IPP,应在线路上串联限流元件,如电阻、自恢复保险丝、电感等。 4.2、当TVS管用于信号传输电路保护时,一定要注意传输信号的频率和传输速率,信号频率或传输速率较高时,应选用低电容值的TVS管。信号频率(传输速率)≧10MHz(Mb/s)时,Cj应该满足≦60pF;信号频率(传输速率)≧100MHz(Mb/s)时,Cj应该满足≦20pF。 4.3、TVS管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(持续时间和间歇时间之比)为0.01%,如果电路中出现重复性脉冲,应考虑脉冲功率的累积,不然容易损坏TVS管。 五、TVS特点 优点:1、响应速度快(ps级)、瞬态功率大、漏电流低; 2、击穿电压有从6.8V~550V的系列值,便于各种不同电压的电路使用; 3、钳制电压较准确(±5%); 缺点:1、结电容比较大(十几pF~几百pF); 2、耐浪涌冲击能力较放电管和压敏电阻差,通流量一般在0.52A~544A的范围内; |
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