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TVS二極管選型

作者:深圳市竣邦電子有限公司 瀏覽: 發表時間:2020-06-12 15:18:40

一、TVS 工作原理

      TVS(Transient Voltage Suppressors),即瞬態抑制二極管,又稱雪崩擊穿二極管。有單向與雙向之分,單向TVS應用在直流電路,雙向TVS 應用于交流電路。如圖所示 TVS 反向并聯于電路中,當電路 正 常工作時,它處于截止狀態(高阻態),不影響電路正常工作。

當電路出現異常過電壓并達到其(雪崩)擊穿電壓時,迅速由高電阻狀態突變為低電阻狀態,泄放由異常過電壓導致的瞬時過電流到地,同時把異常過電壓鉗制在后級電路可承受的安全水平之內,從而保護后級電路免遭異常過電壓的損壞。

當異常過電壓消失后,TVS 阻值又恢復為高阻態。



      TVS 的伏安特性曲線及相關參數說明如圖 2 所示,雙向TVS 伏安特性曲線第一象限與第三象限極性相反,特性相似,如圖3。當 TVS 反向偏置時,TVS 有兩種工作模式:待機(高阻抗)或鉗制(相對的低 阻抗),如圖 2 第三象限。在待機狀態下,流過 TVS 的電流稱為待機電流(IR)或漏電流,該電流的大小隨 TVS 的結溫而變化。

在TVS 的伏安特性曲線中,由高阻抗(待機)向低阻抗(鉗位)轉變是雪崩擊穿的開始,當TVS 完全雪崩擊穿時,TVS 會瞬間把高電壓轉化為流過其體內的大電流并保持 PN 結兩端相對較低的鉗位電壓。



二、TVS 特點

■ TVS 內部芯片為半導體硅材料,采用半導體工藝制成,具有較高的可靠性。
■ TVS 具有較低的動態內阻,鉗位電壓低。


■ TVS 較其他過壓保護器件,具有較快的響應速度。

■ TVS 電壓精度高,一般為±5%的偏差,在特殊應用場合,還可以通過工藝改善或參數篩選達 到更高的精度。
■ TVS 封裝多樣化,貼片封裝有SOD-123FL、SMA (DO-214AC)、SMB(DO-214AA)、SMC(DO-214AB)、DO-218AB 等,插件封裝有DO-41、DO-15、DO-201、P-600 等?!鯰VS 在 10/1000μs 波形下瞬態功率可達 200W~30KW,甚至更高。在8/20μs 波形下瞬態峰值 脈沖電流可達 3KA、6KA、10KA、16KA、20KA 甚至更高。
■工作電壓范圍可從5V-600V,甚至更高。



三、TVS 參數說明

       VRWM ,截止電壓,TVS 的最高工作電壓,可連續施加而不引起 TVS 劣化或損壞的最高工作峰值電壓或直流峰值電壓。對于交流電壓,用最高工作電壓有效值表示。在 VRWM 下,TVS 認為是不工作的,即是不導通的。
      IR,漏電流,也稱待機電流。在規定溫度和最高工作電壓條件下,流過 TVS 的最大電流。TVS 的漏電流一般是在截止電壓下測量,對于某一型號TVS, IR 應在規定值范圍內。      VRWM 和 IR 測試回路如圖4 所示,對TVS 兩端施加電壓值為VRWM,從電流表中讀出的電流值即為TVS 的漏電流IR,其中虛線框表示單向TVS 測試回路。如對于我司型號為 SMAJ5.0A 的TVS,當加在TVS 兩端的電壓為5VDC 時,流過TVS 的電流應小于 800μA。對于同功率和同電壓的TVS,在VRWM≤10V 時,雙向TVS 漏電流是單向 TVS 漏電流的2 倍。
      VBR 擊穿電壓,指在V I 特性曲線上,在規定的脈沖直流電流I 或接近發生雪崩的電流條件下測TVS 兩端的電。


     對于低壓TVS,由于漏電流較大,所以測試電流選取的IT 較大,如 SMAJ5.0A,測試電流 IT 選取 10mA。VBR 測試電路如圖5 所示,使用脈沖恒流源對TVS 施加IT 大小的電流時,讀出TVS 兩端的電壓則為擊穿電壓。電流施加時間應不超過400ms,以免造成TVS 受熱損壞。VBR MIN.和VBR MAX.是TVS 擊穿電壓的一個偏差,一般TVS 為±5% 的偏差。測量時,VBR 落在VBR MIN.和VBR MAX.之間視為合格品。


 


      IPP ,峰值脈沖電流,給定脈沖電流波形的峰值。TVS 一般選用10/1000μs 電流波形(圖 6)VC,鉗位電壓,施加規定波形的峰值脈沖電流IPP 時,TVS 兩端測得的峰值電壓。IPP 及VC 是衡量TVS 在電路保護中抵抗浪涌脈 沖 電流及限制電壓能力的參數,這兩個參數是相互聯系的。對于TVS 在防雷保護電路中的鉗位特性,可以參考VC 這個參數,對于同一型號TVS,在相同IPP 下的VC 越小,說明TVS 的鉗位特性越好。同型號TVS 的Ipp 越大,耐脈沖電流沖擊能力越強。


       圖7 為TVS 峰值脈沖電流(IPP)鉗位電壓(VC)測量試驗回路示意圖,測量時應考慮到TVS 的散熱問題,兩次測試時間間隔不能太短,以免對TVS 造成損壞。


       以上對于TVS 的測量,圖中所示電路為電路的基本原理,目前市面上有多種TVS 電性檢測儀器,如晶體管圖示儀,TVS 檢測儀等,浪涌發生器、TVS 逆向功率測試儀等。


四、TVS 選型注意事項

1、最高工作電壓Vrwm

       在電路正常工作情況下,TVS 應該是不工作的,即處于截止狀態,所以TVS 管的截止電壓應大于線路上最高工作電壓。這樣才能保證TVS 在電路正常工作下不會影響電路工作。但是TVS 的工作電壓高低也決定了TVS 鉗位電壓的高低,在截止電壓大于線路正常工作電壓的情況下,TVS 工作電壓也不能選取的過高,如果太高,鉗位電壓也會較高,所以在選擇 VRWM 時,要綜合考慮被保護電路的工作電壓及后級電路的承受能力。


2、VC 鉗位電壓

    TVS 鉗位電壓應小于后級被保護電路最大可承受的瞬態安全電壓,VC 與TVS 的雪崩擊穿電壓及IPP 都成正比。對于同一功率等級的TVS,其擊穿電壓越高VC 也越高。


3、Ir  漏電流

     對于一些通信電路及低功耗電路,要特別關注 IR,IR 不能影響系統的效率及正常工作。一般電壓TVS的漏電流會比較大,如果在電壓允許的情況下,盡量選擇10V 以上的TVS,漏電流會比較小。如果一定要選擇低壓低漏流的TVS,我司也可提供低漏流的TVS 產品。


4、結電容

        TVS 的結電容一般在幾十皮法到幾十納法。對于同一功率等級的TVS,其電壓越低,電容值越大。在一些通信線路中,要注意TVS 的結電容,不能影響線路正常工作。


5、封裝形式

      TVS 的功率從封裝形式上也可以體現,封裝體積越小,其功率一般也越小,因為TVS 的芯片面積直接決定了TVS 的功率等級。電路工程師可根據電路設計及測試要求選擇合適封裝的TVS 器件。



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