TVS瞬态抑制二极管是一种特殊的二极管,其工作原理基于PN结的雪崩击穿效应,以下是其工作的详细解释:
一、基本工作原理
当外加电压超过TVS二极管的击穿电压时,PN结迅速进入雪崩击穿状态,形成低阻抗路径,将瞬态电压迅速导通至地,从而保护电子设备免受电压瞬态冲击。雪崩击穿效应是指在PN结中,当外加电压超过其击穿电压时,PN结中的电子和空穴在电场的作用下加速运动,与晶格原子发生碰撞,产生更多的电子-空穴对。这些新产生的电子-空穴对继续在电场中加速运动,形成连锁反应,导致PN结中的电流急剧增加,形成雪崩击穿。
二、工作状态
TVS二极管的工作状态如上图所示:
1. 正常状态:
当电路正常工作时,TVS二极管处于高阻态(截止状态),不影响电路的正常工作。此时,TVS二极管相当于一个开路,对电路没有实质性影响。
2. 击穿状态:
当电路中出现异常过电压,并达到TVS二极管的击穿电压时,TVS二极管会迅速由高电阻状态突变为低电阻状态。此时,TVS二极管相当于一个短路,将异常过电压泄放到地,同时将异常过电压钳制在较低的水平,从而保护后级电路免遭异常过电压的损坏。
3. 恢复状态:
当异常过电压消失后,TVS二极管的阻值又恢复为高阻态,等待下一次的电压冲击。
三、主要参数
1. 击穿电压VBR(Breakdown Voltage):
在规定的电流条件下(通常为1mA),TVS二极管开始导通的电压值。它决定了二极管开始导通的电压,是选型时的重要参数。
2. 箝位电压VC(Clamping Voltage):
施加规定波形的峰值脉冲电流下,TVS管两端测得的峰值电压。它表示在大电流下,二极管能将电压钳制到的安全范围。
3. 额定工作电压Vrwm(Working Peak Reverse Voltage):
TVS二极管在反向工作时能够长期承受的最大电压。在电路的正常工作电压范围内,TVS二极管应该保持高阻抗状态,不进行导通。
4. 峰值脉冲电流IPP(Peak Pulse Current):
TVS二极管在指定的脉冲持续时间内可以承受的最大瞬态电流。它反映了二极管在瞬态事件中的承受能力。
5. 反向漏电流IR(Reverse Leakage Current):
在额定工作电压下,TVS二极管的反向电流。漏电流越小,二极管在正常工作状态下的功耗越低。
6. 结电容CI(Junction Capacitance):
TVS二极管在反向偏置时表现出的电容值。对于高速数据线保护应用来说,结电容的大小非常重要。
四、类型与应用
1. 单向TVS:
一般应用于直流供电电路。当应用于直流电路时,单向TVS二极管反向并联于电路中。
2. 双向TVS:
应用于电压交变的电路。双向TVS二极管相当于两个单向TVS二极管反向串联,可以在两个方向上提供保护。
3. 阵列TVS:
由多个TVS元件组成,可以提供更高的功率容量和更小的电容,适用于高速信号线路的保护。
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