TVS二极管的主要参数--转载

处理瞬时脉冲对器件损害的最好办法是将瞬时电流从敏感器件引开。TVS二极管在线路板上与被保护线路并联,当瞬时电压超过电路正常工作电压后,TVS二极管便发生雪崩,提供给瞬时电流一个超低电阻通路,其结果是瞬时电流通过二极管被引开,避开被保护器件,并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。当瞬时脉冲结束以后,TVS二极管自动恢复高阻状态,整个回路进入正常电压。许多器件在承受多次冲击后,其参数及性能会发生退化,而只要工作在限定范围内,二极管将不会发生损坏或退化。

从以上过程可以看出,在选择TVS二极管时,必须注意以下几个参数的选择:

1. 最小击穿电压VBR和击穿电流I。VBR是TVS最小的击穿电压,在25℃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(I)时,加于TVS两极的电压为其最小击穿电压V。按TVS的V与标准值的离散程度,可把V分为5%和10%两种。对于5%的V来说,V=0.85VBR;对于10%的V来说,V=0.81VBR。为了满足IEC61000-4-2国际标准,TVS二极管必须达到可以处理最小8kV(接触)和15kV(空气)的ESD冲击,有的半导体生产厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。对于某些有特殊要求的便携设备应用,设计者可以按需要挑选器件。

2. 最大反向漏电流ID和额定反向关断电压V。V这是二极管在正常状态时可承受的电压,此电压应大于或等于被保护电路的正常工作电压,否则二极管会不断截止回路电压;但它又需要尽量与被保护回路的正常工作电压接近,这样才不会在TVS工作以前使整个回路面对过压威胁。当这个额定反向关断电压V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。

3. 最大箝位电压V和最大峰值脉冲电流I。当持续时间为20mS的脉冲峰值电流I流过TVS时,在其两端出现的最大峰值电压为V。V、I反映了TVS的浪涌抑制能力。V与VBR之比称为箝位因子,一般在1.2~1.4之间。VC是二极管在截止状态提供的电压,也就是在ESD冲击状态时通过TVS的电压,它不能大于被保护回路的可承受极限电压,否则器件面临被损伤的危险。

4. P额定脉冲功率,这是基于最大截止电压和此时的峰值脉冲电流。对于手持设备,一般来说500W的TVS就足够了。最大峰值脉冲功耗P是TVS能承受的最大峰值脉冲功耗值。在给定的最大箝位电压下,功耗P越大,其浪涌电流的承受能力越大。在给定的功耗P下,箝位电压V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,有可能损坏TVS。

5. 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。电容对于数据/信号频率越高的回路,二极管的电容对电路的干扰越大,形成噪声或衰减信号强度,因此需要根据回路的特性来决定所选器件的电容范围。高频回路一般选择电容应尽量小(如LCTVS、低电容TVS,电容不大于3pF),而对电容要求不高的回路电容选择可高于40pF。

注:TVS的选型
    最大箝位电压VC要小于电路允许的最大安全电压。
    截止电压VRWM大于电路的最大工作电压,一般可以选择VRWM等于或者略大于电路的最大工作电压。
    额定的最大脉冲功率(TVS参数中给出) PM要大于最大瞬态浪涌功率。

直流电中选用举例:
    整机直流工作电压12V,最大允许安全电压25V(峰值),浪涌源的阻抗50MΩ,其干扰波形为方波,T=1MS ,最大峰值电流50A。 选择:

1、先从工作电压12V选取最大反向工作电压V为13V,则击穿电压 :

V =V /0.85=15.3V

2、从击穿电压值选取最大箝位电压Vc=1.30×V=19.89V,取

Vc=20V

3、再从箝位电压VC和最在峰值电流IP计算出方波脉冲功率:

P=V×I=20×50=1000W

4、计算折合为T=1MS指数波的峰值功率,折合系数K1=1.4,
 
    P=1000W÷1.4=715W

从手册中可查到1N6147A其中P=1500W,变位电压V=12.2V,击穿电压V=15.2V,最大箝位电压Vc=22.3V,最大浪涌电流I=67.3A。可满足上述设计要求,而且留有一倍的余量,不论方波还是指数波都适用。

交流电路应用举例:
      直流线路采用单向瞬变电压抑制二极管,交流则必须采用双向瞬变电压抑制二极管。交流是电网电压,这里产生的瞬变电压是随机的,有时还遇到雷击(雷电感应产生的瞬变电压)所以很难定量估算出瞬时脉冲功率P。但是对最大反向工作电压必须有正确的选取。一般原则是交流电压乘1.4倍来选取TVS管的最大反向工作电压。直流电压则按1.1—1.2倍来选取TVS管的最大反向工作电压V。
 
图2-8给出了一个微机电源采用TVS作线路保护的原理图,由图可见:

  1. 在进线的220V~处加TVS管抑制220V~交流电网中尖峰干扰。
  2. 在变压器进线加上干扰滤波器,滤除小尖峰干扰。
  3. 在变压输出端V~=20V处又加上TVS管,再一次抑制干扰。
  4. 到了直流10V输出时还加上TVS管抑制干扰。

其中:双向TVS管D1的V=220V~×1.4=308V左右  
双向TVS管D2的V=20V~×1.4=28V左右  
单向TVS管D3的V=10V~×1.2=12V左右
 
      经过如上四次抑制,变成所谓的“净化电源”,还可以加上其它措施,更有效地抑制干扰,防止干扰进入计算机的CPU及存贮器中,从而提高微机系统的应用可靠性。 
      从失效统计概率可知:微机系统产生100次故障,其中90次来自电源,10次是微机本身,可见电源的可靠性最重要,要提高整机可靠性,首先应提高电源的可靠性。

05-11 11:15