防浪涌电路保护.docx

防浪涌电路保护--TVS电源开发2008-10-17 12:01:38阅读332评论0 字号：大中小订阅硅瞬变吸收二极管TVS硅瞬变吸收二极管的工作有点象普通的稳压管，是箝位型的干扰吸收器件，其应用是与被保护设备 并联使用硅瞬变电压吸收二极管具有极快的响应速度（亚纳秒级）、相当高的浪涌吸收能力和极多的电 压档次能保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压，以及感应雷所产生的过电压TVS管有单方向（单个二极管）和双方向（两个背对背连接的二极管）两种，它们的主要参数 是击穿电压、漏电流和电容使用中，TVS管的击穿电压要比被保护电路工作电压高10%左右，以防 止因线路工作电压接近TVS击穿电压，使TVS漏电流影响电路正常工作；也避免因环境温度变化导致 的TVS管击穿电压落入线路正常工作电压的范围°TVS管有多种封装形式，如，轴向引线产品可用在 电源馈线上，双列直插的和表面贴装的适合于在印刷板上作为逻辑电路、I/O总线及数据总线的保护3.1 TVS的特性TVS的电路符号和普通的稳压管相同其电压一电流特性曲线如图1所示其正向特性与普通 二极管相同，反向特性为典型的PN结雪崩器件图2是TVS的电流一时间和电压一时间曲线。

在浪涌 电压的作用下，TVS两极间的电压由额定反向关断电压VWM上升到击穿电压VER，而被击穿随着 击穿电流的出现，流过TVS的电流将达到峰值脉冲电流IPP，同时在其两端的电压被箝位到预定的最 大箝位电压VC以下其后，随着脉冲电流按指数衰减，TVS两极间的电压也不断下降，最后恢复到初 态，这就是TVS抑制可能出现的浪涌脉冲功率，保护电子元器件的过程当TVS两极受到反向高能量 冲击时，它能以10〜12S级的速度，将其两极间的阻抗由高变低，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两 极间的电位箝位于预定值，有效地保护电子设备中的元器件免受浪涌脉冲的损害TVS具有响应时间快、 瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压容易控制、体积小等优点，目前已广泛应用于家用电 器、电子仪表、通讯设备、电源、计算机系统等各个领域3.2 TVS的主要参数（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，当这个反向电压加于TVS的两极间时它处于反向关断状态，流过它的电流应小于或等于其最 大反向漏电流ID；（2）最小击穿电压VER和击穿电流IR°VER是TVS最小的击穿电压。

在25C时，低 于这个电压TVS是不会发生雪崩的当TVS流过规定的1mA电流（IR）时，加于TVS两极的电 压为其最小击穿电压VER按TVS的VER与标准值的离散程度，可把VER分为5%和10%两种 对于5%的 VER 来说，VWM=0.85VER ；对于10%的 VER 来说，VWM=0.81VER；（3） 最大箝位电压VC和最大峰值脉冲电流IPP当持续时间为20mS的脉冲峰值电流I PP流过TVS时，在其两端出现的最大峰值电压为VC°VC、IPP反映了TVS的浪涌抑制能力 VC与VER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是由TVS雪崩结截面决定的，是在特定的1MHz频率下测得的C的大小与TVS的电流承受能力成正比，C太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PMoPM是TVS能承受的最大峰值脉冲功率耗散值在给定的最大 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. 0 1%。

如果电路内出现重复性脉冲，应考虑脉冲功率的累积，有可能损坏TVS；(6) 箝位时间TCoTC是从零到最小击穿电压VER的时间对单极性TVS小于1x10— 12S ；对双极性TVS小于1 0 x10 — 12S3.3 TVS的分类TVS器件按极性可分为单极性和双极性两种；按用途可分为通用型和专用型；按封装和内部结 构可分为：轴向引线二极管、双列直插TVS阵列、贴片式和大功率模块等轴向引线的产品峰值功率可 以达到4 0 0 W、5 0 0 W、6 0 0 W、1 5 0 0 W和5 0 0 0 W其中大功率的产品主要用在电源馈线 上，低功率产品主要用在高密度安装的场合对于高密度安装的场合还可以选择双列直插和表面贴装的封 装形式3.4 TVS的选用(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V WM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) 在规定的脉冲持续时间内，TVS的最大峰值脉冲功率PM必须大于被保护电路可能出现 的峰值脉冲功率。

在确定了最大箝位电压后，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流一般，TVS的最大 峰值脉冲功率是以1 0 / 1 0 0 0 mS的非重复脉冲给出的，而实际的脉冲宽度是由脉冲源决定的，当脉 冲宽度不同时，其峰值功率也不同如某6 0 0 WTVS，对1 0 0 0 mS脉宽最大吸收功率为6 0 0 W， 但是对5 0mS脉宽吸收功率就可达到2 10 0W，而对1 0mS的脉宽最大吸收功率就只有2 0 0 W 了而且吸收功率还和脉冲波形有关，如果是半个正弦波形式的脉冲，吸收功率就要减到7 5% ；若是方 波形式的脉冲，吸收功率就要减到66%；(5) 平均稳态功率的匹配对于需要承受有规律的、短暂的脉冲群冲击的TVS，如应用在继电 器、功率开关或电机控制等场合，有必要引入平均稳态功率的概念例如，在一功率开关电路中会产生1 2 0Hz，宽度为4mS，峰值电流为25A的脉冲群 选用的TVS可以将单个脉冲的电压箝位到11. 2V此中平均稳态功率的计算为：脉冲时间间隔等于频率的倒数1/120 = 0.0083S，峰值吸 收功率是箝位电压与脉冲电流的乘积1 1.2Vx25A=280 W，平均功率则为峰值功率与脉冲宽度对 脉冲间隔比值的乘积，即280x(0.000004S/0.0083S)=0.134W。

也就是说， 选用的TVS平均稳态功率必须大于0 .134W；(6) 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；(7) 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；(8) 根据温度考虑，瞬态电压抑制器可以在一55C〜+ 150°C之间工作如果需要TVS 在一个变化的温度下工作，由于其反向漏电流ID是随温度增加而增大；功耗随TVS结温增加而下降， 从+2 5〜+17 5C，大约线性下降5 0% ；击穿电压VER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3.5 TVS管在使用中应注意的事项对于瞬变电压的吸收功率（峰值）与瞬变电压脉冲宽度间的关系，手册给的只是特定脉宽下的吸 收功率（峰值），而实际线路中的脉冲宽度则是变化莫测的，技术人员事前要有估计，对宽脉冲应降额使 用对于小电流负载的保护方面，可有意识地路中增加限流电阻，只要限流电阻的阻值适当，就 不会影响线路的正常工作，但限流电阻对干扰所产生的电流却会大大减小这就有可能选用峰值功率较小 的TVS管来对小电流负载线路进行保护。

对重复出现的瞬变电压的抑制，尤其值得注意的是TVS管的稳态平均功率是否在安全范围之内3.6降额使用作为半导体器件的TVS管，要注意环境温度升高时的降额使用问题特别要注意TVS管的引 线长短以及它与被保护线路的相对距离当没有合适电压的TVS管供采用时，允许用多个TVS管串联 使用串联管的最大电流决定于所采用管中电流吸收能力最小的一个而峰值吸收功率等于这个电流与串 联管电压之和的乘积.瞬态抑制二极管（TVS，硅瞬变电压吸收二极管，Silicon Transient Voltage Suppressor）用于并联于电源正负极，防止过大的反向电压对负载电路的冲击起到保护电路的作用当其两极受到反向瞬态高能量冲击时，器件迅速导通（以10〜12ns量级的速度将两极间的高 阻抗变为低阻抗），吸收高达数千瓦的浪涌功率导通后阻抗很小，它的钳位电压很平坦，很接近工作电 压此管在直流电源输入电路的入口处安装是有双重作用，一是吸收浪涌电压，达到防雷的作用， 二是与输入熔丝（保险丝）一起构成反极性输入保护的作用.TVS有单向和双向两种，1.5KE200A是单向的，1.5KE200CA就是双向的1.5KE200A 1500W 功率 200V 击穿电压 A 单向。