瞬态电压抑制器在承受瞬间高能量脉冲时,能在极短的内由原来的高阻抗状态变为低阻抗,并把电压箝制到特定的水平,从而有效地保护用户的设备和元器件不受损坏,可应用于家用电器、电子仪器、精密设备、计算机系统、通讯设备、RS232&485及 CAN等通讯端口、ISDN的保护等各个领域。不同的应用应选取有效保护的TVS器件,本文介绍选取原则。
合适TVS元件的选取取决于被保护的信号路数、可接受的电路板级空间和被保护电路的电特性。TVS二极管具有形式各异的封装和结构来满足现代电子系统的防护需求。对高功率应用场合,TVS器件一般采用表面贴装和轴向引线封装。而对多线路进行保护的TVS阵列则采用标准的JEDEC SO封装。而电路板空间非常紧张的场合,TVS器件则采用SOT23封装形式以降低成本。然而无论什么样的应用场合,TVS器件选取的依据是器件的基本指标参数。
如图1所示为双向TVS二极管的典型IV特性曲线,关键的器件指标参数包括:
最大反向电压(VRWM):它是器件正常工作的直流电压。在此电压以下,器件对被保护的电路呈现高阻状态。分立TVS器件的反向电压从2.8V到440V各异。这个参数也可以称为工作电压。
反向击穿电压(VBR):从此点开始器件工作在雪崩击穿模式开始导通,并且成为瞬变脉冲泄放的低阻通道。击穿电压在测试电流IT(典型值1mA或10mA)下测得。
图1
峰值电流(IPP):器件可承受的最大浪涌电流。TVS二极管数据手册为特定的瞬态波形会定义一个器件可承受的峰值脉冲能力。大多数TVS二极管标称的IPP是8/20μs或者10/1000μs脉冲波形下测得的。TVS二极管在更短持续时间脉冲下,可承受更高的峰值电流。
箝位电压(VC):在特定峰值电流下,落在TVS器件上的最大电压。当TVS管承受瞬态高能量冲击时,管子中流过大电流,峰值为IPP,端电压由VRWM值上升到VC值就不再上升了,从而实现了保护作用。浪涌过后,随时间IPP以指数形式衰减,当衰减到一定值后,TVS两端电压由VC开始下降,恢复原来状态。箝位电压VC与击穿电压VBR之比称为箝位因子Cf,表示为Cf= VC /VBR,一般箝位因子为1.2~1.4。
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最大可承受电压。
2.TVS的额定反向关断电压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。
3.TVS的最大反向箝位电压VC应小于被保护电路的损坏电压。
4.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。
5.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。
1.确定待保护电路 的直流电压或持续工作电压。如果是交流电,应计算出最大值,即用有效值*1.414。
2.TVS的反向变位电压即工作电压(VRWM)--选择TVS的VRWM等于或大于上述步骤1所规定的操作电压。这就保证了在正常工作条件下TVS吸收的电流可忽略不计,如果步骤1所规定的电压高于TVS的VRWM ,TVS将吸收大量的漏电流而处于雪崩击穿状态,从而影响电路的工作。
3.最大峰值脉冲功率:确定电路的干扰脉冲情况,根据干扰脉冲的波形、脉冲持续时间,确定能够有效抑制该干扰的TVS峰值脉冲功率。
4.所选TVS的最大箝位电压(VC)应低于被保护电路所允许的最大承受电压。
5.单极性还是双极性-常常会出现这样的误解即双向TVS用来抑制反向浪涌脉冲,其实并非如此。双向TVS用于交流电或来自正负双向脉冲的场合。TVS有时也用于减少电容 。如果电路只有正向电平信号,那麽单向TVS就足够了。TVS操作方式如下:正向浪涌时,TVS处于反向雪崩击穿状态;反向浪涌时,TVS类似正向偏置二极管一样导通并吸收浪涌能量。在低电容电路里情况就不是这样了。应选用双向TVS以保护电路中的低电容器 件免受反向浪涌的损害。
6.如果知道比较准确的浪涌电流IPP,那么可以利用VC来确定其功率,如果无法确定功率的大概范围,一般来说,选择功率大一些比较好。