TVS参数详解
TVS(Transient Voltage Suppression)即瞬态电压抑制二极管,常见的保护电路器件。TVS是采用半导体工艺制成的具有单个PN结或多个PN结集成的器件。
TVS 反向并联在电路中,当电路正常工作时,处于高阻状态截止可以理解为开路。当电路异常超过击穿电压时,TVS迅速由高阻状态变为低电阻状态,泄放由异常过电压导致的瞬时过电流到地,同时把异常过电压钳制在后级电路可承受的安全水平之内,从而保护后级电路免遭异常过电压的损坏。当异常过电压消失后,TVS 阻值又恢复为高阻态。
TVS 有单向与双向之分,单向TVS 一般应用于直流供电电路,双向TVS 应用于电压交变的电路。
单向TVS (Unidirectional TVS)
对应的V-I曲线为:
对于单向TVS,当有负半周的电压时,相当于二极管正常导通钳位电压大概在0.7V。当然负半周电压超过耐压值会将TVS烧毁。
双向TVS (Bidirectional TVS)
对应的V-I曲线为:
参数
- 最高工作电压 V W M V_{WM} VWM
正常工作时,TVS 应该是不工作的,所以 V W M V_{WM} VWM应大于线路上最高工作电压。这样才能保证TVS 在电路正常工作下不会影响电路工作。但也不能选的太高,如果太高,钳位电压也会较高,所以在选择 V W M V_{WM} VWM 时,要综合考虑被保护电路的工作电压及后级电路的承受能力。
- 击穿电压 V B R V_{BR} VBR
击穿电压是指在V-I 特性曲线上,在规定的脉冲直流电流 IR或接近发生雪崩的电流条件下测得 TVS两端的电压。对于低压TVS,由于漏电流较大,所以测试电流选取的IR较大,如SMAJ5.0A,测试电流IR 选取10mA。使用脉冲恒流源对TVS 施加IR大小的电流时,读出TVS 两端的电压则为击穿电压。电流施加时间应不超过400ms,以免造成TVS 受热损坏。 V B R M I N V_{BR_{MIN}} VBRMIN和 V B R M A X V_{BR_{MAX}} VBRMAX是TVS 击穿电压的一个偏差,一般TVS 为±5%的偏差。
- 钳位电压 V C V_{C} VC,峰值脉冲电流 I P P I_{PP} IPP
I
P
P
I_{PP}
IPP:峰值脉冲电流,给定脉冲电流波形的峰值。TVS 一般选用10/1000μs 电流波形,如下图所示。
V
C
V_{C}
VC:钳位电压,施加规定波形的峰值脉冲电流
I
P
P
I_{PP}
IPP 时,TVS 两端测得的峰值电压。TVS 钳位电压应小于后级被保护电路最大可承受的瞬态安全电压。
I P P I_{PP} IPP 及 V C V_{C} VC是衡量TVS 在电路保护中抵抗浪涌脉冲电流及限制电压能力的参数,这两个参数是相互联系的。对于TVS 在防雷保护电路中的钳位特性,可以参考 V C V_{C} VC 这个参数,对于同一型号TVS,在相同 I P P I_{PP} IPP下的 V C V_{C} VC 越小,说明TVS 的钳位特性越好。TVS 的耐脉冲电流冲击能力可以参考 I P P I_{PP} IPP,同型号的TVS, I P P I_{PP} IPP 越大,耐脉冲电流冲击能力越强。
- 额定功率 P P P M P_{PPM} PPPM
TVS 产品的额定瞬态功率应大于电路中可能出现的最大瞬态浪涌功率:
P
P
P
M
P_{PPM}
PPPM=
V
C
V_{C}
VC*
I
P
P
I_{PP}
IPP
- 漏电流 I R I_R IR
对于一些低功耗电路,要特别关注 I R I_R IR。如果在电压允许的情况下,尽量选择10V 以上的TVS,漏电流会比较小。当然也有低功耗专用的TVS。
- 结电容
TVS 的结电容一般在几十pF到几十nF。对于同一功率等级的TVS,其电压越低,电容值越大。在一些通信总线上尤其是高速线,要注意TVS 的结电容过大可能会影响总线。
- 封装形式
TVS 的功率从封装形式上也可以体现,封装体积越小,其功率一般也越小,因为TVS 的芯片面积直接决定了TVS 的功率等级。可根据电路设计及测试要求选择合适封装的TVS 器件。
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