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TVS二极管选型
发布日期:2020/5/27 10:21:06



一、TVS 工作原理

      TVS(Transient Voltage Suppressors),即瞬态抑制二极管,又称雪崩击穿二极管。有单向与双向之分,单向TVS应用在直流电路,双向TVS 应用于交流电路。如图所示 TVS 反向并联于电路中,当电路 正 常工作时,它处于截止状态(高阻态),不影响电路正常工作。

当电路出现异常过电压并达到其(雪崩)击穿电压时,迅速由高电阻状态突变为低电阻状态,泄放由异常过电压导致的瞬时过电流到地,同时把异常过电压钳制在后级电路可承受的安全水平之内,从而保护后级电路免遭异常过电压的损坏。

当异常过电压消失后,TVS 阻值又恢复为高阻态。



      TVS 的伏安特性曲线及相关参数说明如图 2 所示,双向TVS 伏安特性曲线第一象限与第三象限极性相反,特性相似,如图3。当 TVS 反向偏置时,TVS 有两种工作模式:待机(高阻抗)或钳制(相对的低 阻抗),如图 2 第三象限。在待机状态下,流过 TVS 的电流称为待机电流(IR)或漏电流,该电流的大小随 TVS 的结温而变化。

在TVS 的伏安特性曲线中,由高阻抗(待机)向低阻抗(钳位)转变是雪崩击穿的开始,当TVS 完全雪崩击穿时,TVS 会瞬间把高电压转化为流过其体内的大电流并保持 PN 结两端相对较低的钳位电压。



二、TVS 特点

■ TVS 内部芯片为半导体硅材料,采用半导体工艺制成,具有较高的可靠性。
■ TVS 具有较低的动态内阻,钳位电压低。


■ TVS 较其他过压保护器件,具有较快的响应速度。

■ TVS 电压精度高,一般为±5%的偏差,在特殊应用场合,还可以通过工艺改善或参数筛选达 到更高的精度。
■ TVS 封装多样化,贴片封装有SOD-123FL、SMA (DO-214AC)、SMB(DO-214AA)、SMC(DO-214AB)、DO-218AB 等,插件封装有DO-41、DO-15、DO-201、P-600 等。■TVS 在 10/1000μs 波形下瞬态功率可达 200W~30KW,甚至更高。在8/20μs 波形下瞬态峰值 脉冲电流可达 3KA、6KA、10KA、16KA、20KA 甚至更高。
■工作电压范围可从5V-600V,甚至更高。



三、TVS 参数说明

       VRWM ,截止电压,TVS 的最高工作电压,可连续施加而不引起 TVS 劣化或损坏的最高工作峰值电压或直流峰值电压。对于交流电压,用最高工作电压有效值表示。在 VRWM 下,TVS 认为是不工作的,即是不导通的。
      IR,漏电流,也称待机电流。在规定温度和最高工作电压条件下,流过 TVS 的最大电流。TVS 的漏电流一般是在截止电压下测量,对于某一型号TVS, IR 应在规定值范围内。      VRWM 和 IR 测试回路如图4 所示,对TVS 两端施加电压值为VRWM,从电流表中读出的电流值即为TVS 的漏电流IR,其中虚线框表示单向TVS 测试回路。如对于我司型号为 SMAJ5.0A 的TVS,当加在TVS 两端的电压为5VDC 时,流过TVS 的电流应小于 800μA。对于同功率和同电压的TVS,在VRWM≤10V 时,双向TVS 漏电流是单向 TVS 漏电流的2 倍。
      VBR 击穿电压,指在V I 特性曲线上,在规定的脉冲直流电流I 或接近发生雪崩的电流条件下测TVS 两端的电


     对于低压TVS,由于漏电流较大,所以测试电流选取的IT 较大,如 SMAJ5.0A,测试电流 IT 选取 10mA。VBR 测试电路如图5 所示,使用脉冲恒流源对TVS 施加IT 大小的电流时,读出TVS 两端的电压则为击穿电压。电流施加时间应不超过400ms,以免造成TVS 受热损坏。VBR MIN.和VBR MAX.是TVS 击穿电压的一个偏差,一般TVS 为±5% 的偏差。测量时,VBR 落在VBR MIN.和VBR MAX.之间视为合格品。


 


      IPP ,峰值脉冲电流,给定脉冲电流波形的峰值。TVS 一般选用10/1000μs 电流波形(图 6)VC,钳位电压,施加规定波形的峰值脉冲电流IPP 时,TVS 两端测得的峰值电压。IPP 及VC 是衡量TVS 在电路保护中抵抗浪涌脉 冲 电流及限制电压能力的参数,这两个参数是相互联系的。对于TVS 在防雷保护电路中的钳位特性,可以参考VC 这个参数,对于同一型号TVS,在相同IPP 下的VC 越小,说明TVS 的钳位特性越好。同型号TVS 的Ipp 越大,耐脉冲电流冲击能力越强。


       图7 为TVS 峰值脉冲电流(IPP)钳位电压(VC)测量试验回路示意图,测量时应考虑到TVS 的散热问题,两次测试时间间隔不能太短,以免对TVS 造成损坏。


       以上对于TVS 的测量,图中所示电路为电路的基本原理,目前市面上有多种TVS 电性检测仪器,如晶体管图示仪,TVS 检测仪等,浪涌发生器、TVS 逆向功率测试仪等。


四、TVS 选型注意事项

1、最高工作电压Vrwm

       在电路正常工作情况下,TVS 应该是不工作的,即处于截止状态,所以TVS 管的截止电压应大于线路上最高工作电压。这样才能保证TVS 在电路正常工作下不会影响电路工作。但是TVS 的工作电压高低也决定了TVS 钳位电压的高低,在截止电压大于线路正常工作电压的情况下,TVS 工作电压也不能选取的过高,如果太高,钳位电压也会较高,所以在选择 VRWM 时,要综合考虑被保护电路的工作电压及后级电路的承受能力


2、VC 钳位电压

    TVS 钳位电压应小于后级被保护电路最大可承受的瞬态安全电压,VC 与TVS 的雪崩击穿电压及IPP 都成正比。对于同一功率等级的TVS,其击穿电压越高VC 也越高。


3、Ir  漏电流

     对于一些通信电路及低功耗电路,要特别关注 IR,IR 不能影响系统的效率及正常工作。一般电压TVS的漏电流会比较大,如果在电压允许的情况下,尽量选择10V 以上的TVS,漏电流会比较小。如果一定要选择低压低漏流的TVS,我司也可提供低漏流的TVS 产品。


4、结电容

        TVS 的结电容一般在几十皮法到几十纳法。对于同一功率等级的TVS,其电压越低,电容值越大。在一些通信线路中,要注意TVS 的结电容,不能影响线路正常工作。


5、封装形式

      TVS 的功率从封装形式上也可以体现,封装体积越小,其功率一般也越小,因为TVS 的芯片面积直接决定了TVS 的功率等级。电路工程师可根据电路设计及测试要求选择合适封装的TVS 器件。





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