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电路保护器件|TVS管的特性及应用浅析

助工
2024-04-12 11:09:20     打赏

TVS二极管,又称为瞬态抑制二极管,是普遍使用的一种新型高效电路保护器件,它的响应时间极快(亚纳秒级)。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时,TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗,以泄放和吸收一个瞬间大电流,把它的两端电压箱制在一个预定的数值上,从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。

QQ图片20230707111014.png

二、TVS参数解读

QQ图片2023TVS.png

①截止电压VRWM(Stand-off Voltage)

不引起TVS 管工作的最高工作电压。可连续施加而不引起 TVS 劣化或损坏的最高工作峰值电压或直流峰值电压,对于交流电压,用最高工作电压有效值表示。在VRWM下,TVS是不工作的,即不导通。换一句话,被保护电路的最高工作电压必须小于VRWM,否则将会导致TVS动作导致电路异常。

②击穿电压VBR(Breakdown Voltage)

击穿电压,指在 V-I 特性曲线上,在规定的脉冲直流电流IT或接近发生雪崩的电流条件下测得 TVS 两端的电压。测试的电流IT一般选取10mA左右,施加的电流的时间不应超过400ms,以免损坏器件,VBR MIN 和 VBR MAX 是 TVS 击穿电压的一个偏差,一般 TVS 为±5%的偏差。

③钳位电压VC(Clamping Voltage)

钳位电压,施加规定波形的峰值脉冲电流 IPP 时,TVS 两端测得的峰值电压。

④峰值脉冲电流IPP(Peak Pulse Current)

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。IPP 及 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 VC 这个参数。对于相同型号 TVS,在相同 IPP 下的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 IPP ,同型号的 TVS,IPP 越大,耐脉冲电流冲击能力越强。

⑤峰值脉冲功率PPPM(Maximum peak pulse power)

PPPM=Vc x IPP,PPPM需要大于电路中可能出现的浪涌能量。

⑥结电容CI

结电容是TVS中的寄生电容,在高速IO端口保护需要重点关注,过大的结电容可能会影响信号的质量。漏电流主要带来了功率的损耗,或者是在模拟信号中,会影响AD信号的采样值。

3.选型规范

第①要素是VRWM,明确TVS的最大反向工作电压,需要保证被保护信号的工作电压略小于VRWM,VRWM=信号工作电压x(1.1~1.2倍系数)。

第②要素是Vc,VC帮助我们判断TVS管的钳位电压是否能和后级电路适配。需要保证Vc不超过后级电路的最高承受电压,Vc<Vmax(后级电路的最高承受电压)。

第③要素是IPP,IPP用于判断TVS对瞬时脉冲能量的耐受程度,越大越好。

第④要素是结电容CI,帮忙我们判断TVS对信号完整性及特性阻抗的影响。是高速信号上,通常会对链路上的电容有定量要求,CI<被保护电路的特定信号的结电容要求。

第⑤个要素是封装:器件封装越小越好,节省PCB空间,但同时功率可能会相应减小,这个需要综合考虑。

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