一、TVS 二極管工作原理 TVS(Transient Voltage Suppressors)二極管,即瞬態(tài)電壓抑制器,又稱雪 崩擊穿二極管,是采用半導(dǎo)體工藝制成的單個(gè) PN 結(jié)或多個(gè) PN 結(jié)集成的器件。 TVS 二極管有單向與雙向之分,單向 TVS 二極管一般應(yīng)用于直流供電電路,雙 向 TVS 二極管應(yīng)用于電壓交變的電路。當(dāng)應(yīng)用于直流電路時(shí),單向 TVS 二極管 反向并聯(lián)于電路中,當(dāng)電路正常工作時(shí),TVS 二極管處于截止?fàn)顟B(tài)(高阻態(tài)), 不影響電路正常工作。當(dāng)電路出現(xiàn)異常過電壓并達(dá)到 TVS 二極管擊穿電壓時(shí), TVS 二極管迅速由高電阻狀態(tài)突變?yōu)榈碗娮锠顟B(tài),泄放由異常過電壓導(dǎo)致的瞬時(shí) 過電流到地,同時(shí)把異常過電壓鉗制在較低的水平,從而保護(hù)后級(jí)電路免遭異常 過電壓的損壞。當(dāng)異常過電壓消失后,TVS 二極管阻值又恢復(fù)為高阻態(tài)。
TVS 二極管產(chǎn)品從封裝形式可分為 10 類:
• DO-218AB:SM5S、SM6S、SM8S、SM8SxxCA;
• SMA/DO-214AC:SMAJ、P4SMA、TPSMAJ、SMA6J、TPSMA、SACA;
• SMB/DO-214AA:SMBJ、P6SMB、TPSMBJ、SMB10J、SACB、1.0SMB、 TPSMB;
• SMC/DO-214AB:1.5SMC、SMCJ、TPSMCJ、SMDJ、TPSMDJ、5.0SMDJ、 TP5.0SMDJ、TPSMC;
• SOD-123:SMF、TPSMF、SMF4L、SMF3.3A、SMF3V3A;
• DO-41:P4KE;
• DO-15:SA、P6KE、SAC;
• DO-201:1.5KE、LCE;
• R-6/P600:3KP、5KP、LDP、15KP、30KP;
• NA:KA
二、TVS 二極管特性特點(diǎn)
• 采用半導(dǎo)體工藝制成,具有很高的可靠性,無損壞極限;
• 玻璃鈍化工藝,精準(zhǔn)的導(dǎo)通電壓;
• 瞬態(tài)功率大,低電容、低漏電流,箝位電壓易控制;
• 快速響應(yīng)時(shí)間:通常小于 1.0PS;
• 優(yōu)良的鉗位能力,擊穿電壓偏差?。?/div>
• 電壓精度高,在特殊應(yīng)用場合,通過工藝或參數(shù)篩選可達(dá)到更高的精度;
• 體積小,易安裝;
• 單向和雙向單元;
• 在 10/1000μs 波形下瞬態(tài)功率可達(dá) 200W-30000W,甚至更高;
• 工作電壓范圍 3.3V~600V,甚至更高;
• 封裝形式多樣化,貼片封裝:SOD-123、SMA /DO-214AC、 SMB/DO-214AA、SMC/DO-214AB、DO-218AB 等,直插封裝:DO-41、 DO-15、DO-201、R/P-600 等;
• 無鹵化,符合 RoHS;
三、TVS 二極管選型指南
1)要確定被保護(hù)電路中的最大直流或連續(xù)工作電壓,電路的額定標(biāo)準(zhǔn)電壓和“高 端”容限;
2)TVS 管的額定瞬態(tài)功率要大于電路中可能出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌功率;
3)TVS 管的截止電壓要大于被保護(hù)電路的最高工作電壓;
4)TVS 管的最大鉗位電壓要小于后級(jí)被保護(hù)電路中的損壞電壓; 5)確定好 TVS 管最大箝位電壓后,其峰值脈沖電流要大于瞬態(tài)浪涌電流;
6)對于數(shù)據(jù)接口的電路保護(hù),還需注意選取具有合適電容的 TVS 二極管。比如: 當(dāng)信號(hào)頻率或傳輸速率較高時(shí),應(yīng)選用低電容系列的 TVS 管;
四、TVS 二極管參數(shù)詳解
• VRWM :截止電壓, TVS 二極管的最高工作電壓,可連續(xù)施加而不引起 TVS 二極管劣化或損壞狀態(tài)下,達(dá)到的最大的直流電壓或交流峰值電壓。 在 VRWM 下,TVS 二極管是不工作的,不導(dǎo)通。
• VC:鉗位電壓,施加規(guī)定波形的峰值脈沖電流 IPP時(shí),TVS 二極管兩端測得的 峰值電壓。
• VBR:擊穿電壓,是 TVS 管的最小雪崩電壓。指在 V-I 特性曲線上,在規(guī)定的 脈沖直流電流 IT 或接近發(fā)生雪崩的電流條件下測得 TVS 兩端的電壓。
• IR:漏電流,亦稱待機(jī)電流。在規(guī)定溫度和最高工作電壓條件下,流過 TVS 二 極管的最大電流,其值是在截止電壓下測量的。
• IPP: 峰值脈沖電流,一般在 10/1000μs 電流波形下的峰值。
• IT:測試電流。
• C:電容值,對于同功率等級(jí)的 TVS 管而言,電壓越低電容值就越大。在通信 線路的防護(hù)中,尤其要注意 TVS 管的電容值。
• 封裝形式:從 TVS 管的封裝形式,可以看出其功率大小。TVS 管的芯片面積 直接決定其功率等級(jí)。
五、TVS 二極管選型注意事項(xiàng)
1)規(guī)格書手冊給的只是特定脈寬下的吸收功率峰值,而實(shí)際電路中的脈沖寬度 是變化不定,心里要有個(gè)數(shù),對寬脈沖要降額應(yīng)用; 2)對于小電流負(fù)載電路的保護(hù),要有意識(shí)地增加限流電阻;
3)要注意 TVS 二極管的穩(wěn)態(tài)平均功率是否在安全范圍之中;
4)要考慮溫度變化,正常而言,瞬態(tài)抑制二極管在-55°C 到 150°C 之間工作, 電路中溫度比較高的情況下要降額應(yīng)用;
5)TVS 瞬態(tài)抑制二極管的引線長短,要與被保護(hù)線路相對。
6)針對數(shù)據(jù)接口或通信線路中的防護(hù),要盡可能選取電容值比較小的 TVS 二極 管。
7)直流保護(hù)電路大多選單向 TVS 管,交流保護(hù)電路大多選雙向 TVS 管、多路 保護(hù)電路選 TVS 陣列器件,大功率保護(hù)電路選專用保護(hù)模塊。
8)在使用 TVS 管過程中,考慮到 TVS 的離散性,盡量減少串/并數(shù)量。
六、TVS 二極管典型應(yīng)用 TVS 二極管由于具有極快的響應(yīng)速度,低鉗位電壓,精準(zhǔn)電壓等優(yōu)點(diǎn),因而應(yīng)用 于對保護(hù)器件要求比較高的場合領(lǐng)域,汽車電子、家電、工業(yè)控制、照明,通信、 醫(yī)療等行業(yè),如 DC 電源線,RS485 接口,通信電源,I/O 口等。
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