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发布日期:2011-12-07 发布人:C

 

瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor)简称TVS,是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS 二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时,它能以10的负12次方秒量级的速度,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。由于它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。

     目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、交/直流电源、汽车、电子镇流
器、家用电器、仪器仪表 (电度表)、RS232/422/423/485、I/O、LAN、ISDN、
ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、数字照相机的保护、共模/差模保护、
RF 耦合/IC 驱动接收保护、电机电磁波干扰抑制、声频/视频输入、传感器/变速器、工控回路、继电器、接触器噪音的抑制等各个领域。具体有以下三大特点:
    1、将TVS 二极管加在信号及电源线上,能防止微处理器或单片机因瞬间的
肪冲,如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。
    2、静电放电效应能释放超过10000V、60A 以上的脉冲,并能持续10ms;而
一般的TTL 器件,遇到超过30ms 的10V脉冲时,便会导至损坏。利用TVS 二极管,可有效吸收会造成器件损坏的脉冲,并能消除由总线之间开关所引起的干扰(Crosstalk)。
    3、将TVS 二极管放置在信号线及接地间,能避免数据及控制总线受到不必
要的噪音影响。 

    一、TVS 的特性及主要参数
    1、TVS 的特性曲线
TVS 的电路符号与普通稳压二极管相同。它的正向特性与普通二极管相同;反向
特性为典型的PN 结雪崩器件。
    在瞬态峰值脉冲电流作用下,流过TVS 的电流,由原来的反向漏电流ID上
升到IR 时,其两极呈现的电压由额定反向关断电压VWM 上升到击穿电压VBR,
TVS 被击穿。随着峰值脉冲电流的出现,流过TVS 的电流达到峰值脉冲电流IPP。
在其两极的电压被箝位到预定的最大箝位电压以下。尔后,随着脉冲电流按指数
衰减,TVS 两极的电压也不断下降,最后恢复到起始状态。这就是TVS 抑制可能出现的浪涌脉冲功率,保护电子元器件的整个过程。
    2、TVS 的特性参数
       ①最大反向漏电流ID和额定反向关断电压VWM。
    VWM 是TVS 最大连续工作的直流或脉冲电压,当这个反向电压加入TVS 的两极间时,它处于反向关断状态,流过它的电流应 于或等于其最大反向漏电流 ID。

②最 击穿电压VBR 和击穿电流IR
    VBR 是TVS 最 的雪崩电压。25℃时,在这个电压之前,TVS 是不导通的。
当TVS 流过规定的1mA 电流(IR)时,加入TVS 两极间的电压为其最 击穿电
压VBR。按TVS 的VBR 与标准值的离散程度,可把TVS 分为±5%VBR和平共处±10%VBR 两种。对于±5%VBR来说,VWM=0.85VBR;对于±10%VBR 来说,VWM=0.81

VBR。

    ③最大箝拉电压VC 和最大峰值脉冲电流IPP
     当持续时间为20微秒的脉冲峰值电流IPP 流过TVS 时,在其两极间出现的
最大峰值电压为VC。它是串联电阻上和因温度系数两者电压上升的组合。VC 、
IPP反映 TVS 器件的浪涌抑制能力。VC 与VBR 之比称为箝位因子,一般在
1.2~1.4之间。
    ④电容量C
     电容量C 是TVS 雪崩结截面决定的、在特定的1MHZ频率下测得的。C 的大
  与TVS 的电流承受能力成正比,C 过大将使信号衰减。因此,C 是数据接口电
路选用TVS 的重要参数。
    ⑤最大峰值脉冲功耗PM
    PM 是TVS 能承受的最大峰值脉冲耗散功率。其规定的试验脉冲波形和各种
TVS 的PM 值,请查阅有关产品手册。在给定的最大箝位电压下,功耗PM 越大,
其浪涌电流的承受能力越大;在给定的功耗PM 下,箝位电压VC 越低,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、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重复的,器件规定的脉冲重复频率(持续
时间与间歇时间之比)为0.01%,如果电路内出现重复性脉冲,应考虑脉冲功率
的“累积”,有可能使TVS 损坏。
    ⑥箝位时间TC
    TC 是从零到最 击穿电压VBR 的时间。对单极性TVS         于1×10-12秒;对
双极性TVS    于是1×10-11 秒。 

     二、TVS 二极管的分类
    TVS 器件可以按极性分为单极性和双极性两种,按用途可分为各种电路都适
用的通用型器件和特殊电路适用的专用型器件。如:各种交流电压保护器、
4~200mA 电流环保器、数据线保护器、同轴电缆保护器、电话机保护器等。若按
封装及内部结构可分为:轴向引线二极管、双列直插TVS 阵列(适用多线保护)、
贴片式、组件式和大功率模块式等。 

    三、 TVS 的选用技巧
    1、确定被保护电路的最大直流或连续工作电压、电路的额定标准电压和“高
端”容限。
    2、TVS额定反向关断VWM 应大于或等于被保护电路的最大工作电压。若选
用的VWM 太低,器件可能进入雪崩或因反向漏电流太大影响电路的正常工作。串
行连接分电压,并行连接分电流。
    3、 TVS 的最大箝位电压VC 应于被保护电路的损坏电压。
    4、在规定的脉冲持续时间内,TVS 的最大峰值脉冲功耗PM 必须大于被保护
电路内可能出现的峰值脉冲功率。在确定 最大箝位电压后,其峰值脉冲电流应
大于瞬态浪涌电流。
    5、对于数据接口电路的保护,还必须注意选取具有合适电容C 的TVS 器件。
    6、根据用途选用TVS 的极性及封装结构。交流电路选用双极性TVS较为合
理;多线保护选用TVS 阵列更为有利。
    7、温度考虑。瞬态电压抑制器可以在-55~+150℃之间工作。如果需要TVS
在一个变化的温度 工作,由于其反向漏电流ID是随增加而增大;功耗随TVS
结温增加而下降,从+25℃到+175℃,大约线性下降50%雨击穿电压VBR 随温度
的增加按一定的系数增加。因此,必须查阅有关产品资料,考虑温度变化对其特
性的影响。 

     四、TVS 与压敏电阻的比较
       目前,国内不少需进行浪涌保护的设备上使用的是压敏电阻。压敏电阻是
一种金属化物变阻器。TVS 比压敏电阻的特性优越得多,具体特性参数的比较如
下表所示。
    关键参数或极限值          TVS        压敏电阻
         反应速度            10-12s       5 ×10-8
       有否 化现象             否            有
       最高使用温度          175℃         115℃
         元件极性        单极性与双极  单极性
                               性
     反向漏电流典型值        5 μA        200 μA
         箝位因子            ≤1.5         ≥7~8
        (VC/VBR)
         密封性质         密封不透气        透气
           价格              较贵           便宜
 
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