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發布日期:2011-12-07 發布人:C

 

瞬態電壓抑制器(Transient Voltage Suppressor)簡稱TVS,是一種二極管形式的高效能保護器件。當TVS 二極管的兩極受到反向瞬態高能量沖擊時,它能以10的負12次方秒量級的速度,將其兩極間的高阻抗變為低阻抗,吸收高達數千瓦的浪涌功率,使兩極間的電壓箝位于一個預定值,有效地保護電子線路中的精密元器件,免受各種浪涌脈沖的損壞。由于它具有響應時間快、瞬態功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差、箝位電壓較易控制、無損壞極限、體積小等優點。

     目前已廣泛應用于計算機系統、通訊設備、交/直流電源、汽車、電子鎮流
器、家用電器、儀器儀表 (電度表)、RS232/422/423/485、I/O、LAN、ISDN、
ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、數字照相機的保護、共模/差模保護、
RF 耦合/IC 驅動接收保護、電機電磁波干擾抑制、聲頻/視頻輸入、傳感器/變速器、工控回路、繼電器、接觸器噪音的抑制等各個領域。具體有以下三大特點:
    1、將TVS 二極管加在信號及電源線上,能防止微處理器或單片機因瞬間的
肪沖,如靜電放電效應、交流電源之浪涌及開關電源的噪音所導致的失靈。
    2、靜電放電效應能釋放超過10000V、60A 以上的脈沖,并能持續10ms;而
一般的TTL 器件,遇到超過30ms 的10V脈沖時,便會導至損壞。利用TVS 二極管,可有效吸收會造成器件損壞的脈沖,并能消除由總線之間開關所引起的干擾(Crosstalk)。
    3、將TVS 二極管放置在信號線及接地間,能避免數據及控制總線受到不必
要的噪音影響。 

    一、TVS 的特性及主要參數
    1、TVS 的特性曲線
TVS 的電路符號與普通穩壓二極管相同。它的正向特性與普通二極管相同;反向
特性為典型的PN 結雪崩器件。
    在瞬態峰值脈沖電流作用下,流過TVS 的電流,由原來的反向漏電流ID上
升到IR 時,其兩極呈現的電壓由額定反向關斷電壓VWM 上升到擊穿電壓VBR,
TVS 被擊穿。隨著峰值脈沖電流的出現,流過TVS 的電流達到峰值脈沖電流IPP。
在其兩極的電壓被箝位到預定的最大箝位電壓以下。爾后,隨著脈沖電流按指數
衰減,TVS 兩極的電壓也不斷下降,最后恢復到起始狀態。這就是TVS 抑制可能出現的浪涌脈沖功率,保護電子元器件的整個過程。
    2、TVS 的特性參數
       ①最大反向漏電流ID和額定反向關斷電壓VWM。
    VWM 是TVS 最大連續工作的直流或脈沖電壓,當這個反向電壓加入TVS 的兩極間時,它處于反向關斷狀態,流過它的電流應 于或等于其最大反向漏電流 ID。

②最 擊穿電壓VBR 和擊穿電流IR
    VBR 是TVS 最 的雪崩電壓。25℃時,在這個電壓之前,TVS 是不導通的。
當TVS 流過規定的1mA 電流(IR)時,加入TVS 兩極間的電壓為其最 擊穿電
壓VBR。按TVS 的VBR 與標準值的離散程度,可把TVS 分為±5%VBR和平共處±10%VBR 兩種。對于±5%VBR來說,VWM=0.85VBR;對于±10%VBR 來說,VWM=0.81

VBR。

    ③最大箝拉電壓VC 和最大峰值脈沖電流IPP
     當持續時間為20微秒的脈沖峰值電流IPP 流過TVS 時,在其兩極間出現的
最大峰值電壓為VC。它是串聯電阻上和因溫度系數兩者電壓上升的組合。VC 、
IPP反映 TVS 器件的浪涌抑制能力。VC 與VBR 之比稱為箝位因子,一般在
1.2~1.4之間。
    ④電容量C
     電容量C 是TVS 雪崩結截面決定的、在特定的1MHZ頻率下測得的。C 的大
  與TVS 的電流承受能力成正比,C 過大將使信號衰減。因此,C 是數據接口電
路選用TVS 的重要參數。
    ⑤最大峰值脈沖功耗PM
    PM 是TVS 能承受的最大峰值脈沖耗散功率。其規定的試驗脈沖波形和各種
TVS 的PM 值,請查閱有關產品手冊。在給定的最大箝位電壓下,功耗PM 越大,
其浪涌電流的承受能力越大;在給定的功耗PM 下,箝位電壓VC 越低,其浪涌電
流的承受能力越大。另外,峰值脈沖功耗還與脈沖波形、持續時間和環境溫度有
關。而且TVS 所能承受的瞬態脈沖是不重復的,器件規定的脈沖重復頻率(持續
時間與間歇時間之比)為0.01%,如果電路內出現重復性脈沖,應考慮脈沖功率
的“累積”,有可能使TVS 損壞。
    ⑥箝位時間TC
    TC 是從零到最 擊穿電壓VBR 的時間。對單極性TVS         于1×10-12秒;對
雙極性TVS    于是1×10-11 秒。 

     二、TVS 二極管的分類
    TVS 器件可以按極性分為單極性和雙極性兩種,按用途可分為各種電路都適
用的通用型器件和特殊電路適用的專用型器件。如:各種交流電壓保護器、
4~200mA 電流環保器、數據線保護器、同軸電纜保護器、電話機保護器等。若按
封裝及內部結構可分為:軸向引線二極管、雙列直插TVS 陣列(適用多線保護)、
貼片式、組件式和大功率模塊式等。 

    三、 TVS 的選用技巧
    1、確定被保護電路的最大直流或連續工作電壓、電路的額定標準電壓和“高
端”容限。
    2、TVS額定反向關斷VWM 應大于或等于被保護電路的最大工作電壓。若選
用的VWM 太低,器件可能進入雪崩或因反向漏電流太大影響電路的正常工作。串
行連接分電壓,并行連接分電流。
    3、 TVS 的最大箝位電壓VC 應于被保護電路的損壞電壓。
    4、在規定的脈沖持續時間內,TVS 的最大峰值脈沖功耗PM 必須大于被保護
電路內可能出現的峰值脈沖功率。在確定 最大箝位電壓后,其峰值脈沖電流應
大于瞬態浪涌電流。
    5、對于數據接口電路的保護,還必須注意選取具有合適電容C 的TVS 器件。
    6、根據用途選用TVS 的極性及封裝結構。交流電路選用雙極性TVS較為合
理;多線保護選用TVS 陣列更為有利。
    7、溫度考慮。瞬態電壓抑制器可以在-55~+150℃之間工作。如果需要TVS
在一個變化的溫度 工作,由于其反向漏電流ID是隨增加而增大;功耗隨TVS
結溫增加而下降,從+25℃到+175℃,大約線性下降50%雨擊穿電壓VBR 隨溫度
的增加按一定的系數增加。因此,必須查閱有關產品資料,考慮溫度變化對其特
性的影響。 

     四、TVS 與壓敏電阻的比較
       目前,國內不少需進行浪涌保護的設備上使用的是壓敏電阻。壓敏電阻是
一種金屬化物變阻器。TVS 比壓敏電阻的特性優越得多,具體特性參數的比較如
下表所示。
    關鍵參數或極限值          TVS        壓敏電阻
         反應速度            10-12s       5 ×10-8
       有否 化現象             否            有
       最高使用溫度          175℃         115℃
         元件極性        單極性與雙極  單極性
                               性
     反向漏電流典型值        5 μA        200 μA
         箝位因子            ≤1.5         ≥7~8
        (VC/VBR)
         密封性質         密封不透氣        透氣
           價格              較貴           便宜
 
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