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` 瞬态电压抑制器是一种二极管形式的高效能保护器件,具有极快的响应时间和相当高的浪涌吸收能力。当TVS管的两端受到反向瞬态过压脉冲时,能以极高的速度把两端间的高阻抗变为低阻抗,以吸收瞬间大电流,并将电压箝制在预定数值,从而有效保护电路中的元器件免受损坏。本文讲述了TVS器件的主要特性参数和选用注意事项,同时给出了TVS在电路设计中的应用方法。 1、TVS管的器件特性 在规定的反向应用条件下,TVS管对受保护的线路呈高阻抗状态。当瞬间电压超过其击穿电压时,TVS管就会提供一个低阻抗的路径,并通过大电流方式使流向被保护元器件的瞬间电流分流到TVS管,同时将受保护元器件两端的电压限制在TVS管的箝制电压。当过压条件消失后,TVS管又恢复到高阻抗状态。与陶瓷电容相比,TVS管可以承受15kV的电压,但陶瓷电容对高压的承受能力比较弱。5kV的冲击就会造成约10%陶瓷电容失效,而到10kV时,其损坏率将高达到60%。 2、TVS管器件的主要参数 (1)最小击穿电压VBR 当TVS流过规定的电流时,TVS管两端的电压称为最小击穿电压,在此区域,TVS呈低阻抗的通路。在25℃时,低于这个电压,TVS是不会发生雪崩击穿的。 (2)额定反向关断电压VWM VWM是TVS在正常状态时可承受的电压,此电压应大于或等于被保护电路的正常工作电压。但它又需要尽量与被保护电路的正常工作电压接近,这样才不会在TVS工作以前使整个电路面对过压威胁。按TVS的VBR与标准值的离散度,可把VBR分为5%和10%两种,对于5%的VBR来说,VWM=0.85VBR腿;而对于10%的VBR来说,VWM=0.81VBR。 (3)最大峰值脉冲电流IPP IPP是TVS在反向状态工作时,在规定的脉冲条件下,器件允许通过的最大脉冲峰值电流。 (4)箝位电压Vc 当脉冲峰值电流Ipp流过TVS时,其两端出现的最大电压值称为箝位电压Vc。Vc和Ipp反映了TVS的浪涌抑制能力。通常把Vc与VBR之比称为箝位因子(系数),其值一般在1.2~1.4之间。实际使用时,应使Vc不大于被保护电路的最大允许安全电压,否则被保护器件将面临被损坏的可能。 (5)最大峰值脉冲功耗PM PM通常是最大峰值脉冲电流Ipp与箝位电压Vc的乘积,也就是最大峰值脉冲功耗。它是TVS管能承受的最大峰值脉冲功耗值。在给定的最大钳位电压下,功耗PM越大,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、脉冲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可重复施加的。 (6)电容量C TVS管 的电容是由其硅片的截面积和偏置电压来决定的,它是在1MHz特定频率下测得的。C的大小与TVS管的电流承受能力成正比,C太大,将使信号衰减。因此,电容C是数据接口电路选用TVS的重要参数。 (7)漏电流IR IR是最大反向工作电压施加到TVS上时,TVS管的漏电流。当TVS用于高阻抗电路时,这个漏电流IR一个重要参数。 3、选用TVS的注意事项 在选用TVS管时,根据电路的具体情况,一般应考虑以下几个主要因素: 首先,由于双向TVS管可以在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率,并把电压箝制到预定水平。因此,若电路有可能承受来自两个方向的浪涌电压冲击时,应当选用双向TVS管。双向TVS管一般适用于交流电路,单向TVS管一般用于直流电路。另外,箝位电压Vc不大于被保护电路的最大允许安全电压。 其次,就是最大峰值脉冲功耗PM必须大于电路中出现的最大瞬态浪涌功率。但是,在实际应用过程中,浪涌有可能重复地出现,在这种情况下,即使单个的脉冲能量比TVS管器件可承受的脉冲能量要小得多,但是,如果重复施加,这些单个的脉冲能量积累起来,也可能在某些情况下超过TVS管器件所能承受的脉冲能量。因此,在电路设计时,必须在这点上认真考虑并选用合适的TVS管器件,以使其在规定的间隔时间内,重复施加脉冲能量的累积不至于超过TVS管器件的脉冲能量额定值。 第三,在实际应用过程中,对最大反向工作电压必须有正确的选取,一般原则是以交流电压的1.4倍来选取TVS管的最大反向工作电压。直流电压则按1.1~1.2倍来选取TVS管的最高反向工作电压。 4、TVS管在电路设计中的典型应用 在实际的应用电路中,处理瞬时脉冲对器件损害的最好办法,就是将瞬时电流从敏感器件引开。为达到这一目的,将TVS管在线路板上与被保护线路并联。这样,当瞬时电压超过电路正常工作电压后,TNS将发生雪崩击穿,从而提供给瞬时电流一个超低阻抗的通路,其结果是瞬时电流通过TVS被引开,从而避开被保护器件,并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。在此之后,当瞬时脉冲结束以后,TVS管再自动恢复至高阻状态,整个回路进入正常电压状态。以下是TVS在电路应用中的几个典型实例。 1、TVS管在交流电路中的应用 图1所示是一个双向TVS管在交流电路中的应用电路。应用TVS可以有效地抑制电网带来的过载脉冲,从而起到保护整流桥及负载中所有元器件的作用。图1中的TVS箝位电压应不大于电路的最大允许电压。 2、用TVS管保护直流稳压电源 图2是一个直流稳压电源,在其稳压输出端加上TVS管,可以保护使用该电源的仪器设备,同时还可以吸收电路中晶体管的集电极到发射极间的峰值电压,从而保护晶体管。建议在每个稳压源的输出端增加一个TVS管,这样可以大幅度地提高整机的可靠性。 |
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