 |
浪涌硅瞬變吸收二極管(TVS)的了作有點像普通的穩(wěn)壓管，是鉗位型保護器件，其應用是與浪涌保護器被保護設備并聯(lián)使用。浪涌硅瞬變電壓吸收二極管具有極快的響應時間(亞納秒級)和相當高的浪涌吸收能力，并有較多的電壓擋次，可用于保護設備或電路免受靜電、電感性負載切換時產生的瞬變電壓，以及感應雷所產生的過電壓。
(1)TVS的特性。TVS的電路符號和普通的穩(wěn)壓管相同，其電壓—電流特性曲線如圖2—10所示，其正向特性與普通二極管相同，反向特性為典型的PN結雪崩器件，TVS的電壓(電流)時間特性如圖2—11所示。在浪涌電壓的作用下，TVS兩極間的電壓由額定反向關斷電壓UwM上升到擊穿電壓Ute而被擊穿。隨著擊穿電流的㈩現(xiàn)，流過TVS的電流將達到峰值脈沖電流…，同時在其兩端的電壓被鉗位到預定的最大鉗位電壓叭以下。其后，隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，TVS兩極間的電壓也不斷卜降，最后恢復到初態(tài)，這就是TVS抑制可能出現(xiàn)的浪涌脈沖功率、保護電子元器件的過程。當TVS兩極受到反向高能量沖擊時，它能以亞納秒級的速度，將其兩極間的阻抗由高變低，浪涌保護器吸收高達數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電位鉗位于預定值，有效地保護電子設備中的元器件免受浪涌脈沖的損害。TVS具有響應時間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、鉗位電壓容易控制、體積小等優(yōu)點，目前已廣泛應用天家用電器、電子儀表、通信設備、電源、計算機系統(tǒng)等各個領域。
(2)TVS的主要參數(shù)。
1)最大反向漏電流／。：當最大反向下作電壓施加到TVS上時，產生的一個恒定電流稱為最大漏電流。當TVS用于高阻抗電路時，這個漏電流是一個重要的參數(shù)。
2)擊穿電壓u。：U。是TVS最小的擊穿電壓，指器件在發(fā)牛擊穿的區(qū)域內，在規(guī)定的試驗電流條件下所測得的g2件兩端的電壓值。在25'C時，低于這個電壓TVS是不會發(fā)生雪崩的，3)擊穿電流／，：指浪涌保護器在發(fā)生擊穿的區(qū)域內，在規(guī)定的試驗電壓條件下所測得的流過器的電流值。
4)最大反向工作電壓U刪；該電壓是指器件反向工作時，在規(guī)定的漏電流下，器件兩端的電壓值，流過它的電流應小于或等于其最大反向漏流／D。通常取U刪＝(O．8一O．9)Um(2—3)
在這個電壓下，器件的功率消耗很小。
5)最大反向峰值脈沖電流／，：該參數(shù)是指在反向工作條件下，在規(guī)定的脈沖時間內器件所允許通過的最大峰值脈沖電流。
6)最大鉗位電Uc；當持續(xù)時間為20／~s的脈沖峰值電流Jlv流過TVS時，在其兩端出現(xiàn)的最大峰值電壓稱為最大鉗位電壓。最大鉗位電壓與擊穿電壓之比稱為鉗位系數(shù)。一般鉗位系數(shù)取值為1．33(在總的額定功率下)或1．20(在50%％的額定功率下)。最大鉗位電壓uc和最大峰值脈沖電流Ipp反映了TVS的浪涌抑制能力。
7)電容量c。電容量c是由TVS雪崩結截面決定的，是在特定的1MHz頻率下測得的。
c的大小與TVS的電流承受能力成iEkC，c太大將使信號衰減。因此，c是數(shù)據(jù)接口電路選用TVS的重要參數(shù)。
8)最大峰值脈沖功耗PM。戶。是TVS能承受的最大峰值脈沖功率耗散值。在給定的最大鉗位電壓下，功耗J)。越大，其浪涌保護器浪涌電流的承受能力越大；在給定的功耗Pv下，鉗位電壓uc越低，其浪涌電流的承受能力越大。另外，峰值脈沖功耗還與脈沖波形、持續(xù)時間和環(huán)境溫度有關。而且，TVS所能承受的瞬態(tài)脈沖是不重復的，元器件規(guī)定的脈沖重復頻率(持續(xù)時間與間歇時間之比)為o．o%。如果電路內出現(xiàn)重復性脈沖，應考慮脈沖功率的累積，有可能損壞TVS。
(3)TVS器件選用。下面給出如何選用TVS器件，從而為電路提供最好的瞬變電壓抑制；1)確定被保護電路的最大直流或連續(xù)工作電壓，電路的額定標準電壓和最大可承受電壓。
2)TVS的額定反向關斷電壓uwm應大于或等于被保護電路的最大工作電壓．若選用的Um太低，器件可能進入雪崩或因反向漏電流太大影響電路的正常工作。
3)TVS的最大反向鉗位電壓UL應小于被保護電路的損壞電壓。
4)在規(guī)定的脈沖持續(xù)時間內，TVS的最大峰值脈沖功率戶u必須大于被保護電路可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率。在確定了最大鉗位電壓后，其峰值脈沖電流應大干瞬態(tài)浪涌電流。一般TVS的最大峰值脈沖功率是以10／1000tis的非重復脈沖給出的，而實際的脈沖寬度是由脈沖源決定的，當脈沖寬度不同時期峰值功率也不同。如某600WTVS，對1000／~s脈寬晟大吸收功率為600W，但是對50t~s脈寬其吸收功率就可達到2100W，而對10t~s的脈寬其最大吸收功率就只有200W了。而且吸收功率還和脈沖波形有關：如果是半個正弦波形式的脈沖，吸收功率就要減到75％，若是方波形式的脈沖，吸收功率就要減到66％。
5)對于需要承受有規(guī)律的、短暫的脈沖群沖擊的TVS，如應用在繼電器、功率開關或電動機控制等場合，有必要引入平均穩(wěn)態(tài)功率的概念。舉例說明，在一功率開關電路中會產生頻率為120Hz、寬度為4up、峰值電流為25A的脈沖群，選用的TVS可以將單個脈沖的電壓鉗位到兒2V。此平均穩(wěn)態(tài)功率的計算為：脈沖時間間隔等于頻率的倒數(shù)，即1／120--0．0083(s)，峰值吸收功率是鉗位電壓與脈沖電流的乘積，即u．2~25280(w)，平均功串則為峰值功率與脈沖寬度對脈沖間隔比值的乘積，即280X(o．000 004／0．0083)＝o．134(W)。也就是說，選用的TVS平均穩(wěn)態(tài)功率必須大干o．134W。
6)對于數(shù)據(jù)接口電路的保護，還必須注意選取具有合適電容c的TVS器件。
7)根據(jù)用途選用TVS的極性及封裝結構。交流電路選用雙極性TVS較為合理；多線保護選用TVS陣列更為有利。
8)TVS雖然可以在一5s一--150'CT_作，但因其反向漏電流／。是隨溫度增加而增大的；功耗是隨TVS結溫增加而下降的，從+254+175~C，大約線性下降50％；擊穿電壓U盟也隨溫度的增加桉一定的系數(shù)增加。因此，在設計選用時必須查閱相關產品的技術參數(shù)，并考慮溫度變化對其特性的影響。
(4)TVS管在使用中應注意的事項。對瞬變電壓的吸收功率(峰值)與瞬變電壓脈沖寬度間的關系，相關書中給的只是特定脈寬下的吸收功率(峰值)，而實際線路中的脈沖寬度則變化莫測，事前要有估計。對寬脈沖應降額使用。
對小電流負載的保護，可有意識地在線路中增加限流電阻，只要限流電阻的阻值適當，就不會影響線路的正常工作，但限流電阻對干擾所產生的電流卻會大大減小。這就有可能選用峰值功率較小的TVS管來對小電流負載線路進行保護。
對重復出現(xiàn)的瞬變電壓的抑制，尤其值得注意的是TVS管的穩(wěn)態(tài)平均功率是否在安全范圍之內。作為半導體器件的TVS管，要注意環(huán)境溫度升高時的降額使用問題。特別要注意TVS管的引線長短，以及它與被保護線路的相對距離。當沒有合適電壓的TVS管供采用時，允許用多個TVS管串聯(lián)使用。串聯(lián)管的最大電流決定于所采用管中電流吸收能力最小的一個。
而峰值吸收功率等于這個電流與串聯(lián)管電壓之和的乘積。
TVS管的結電容是影響它在高速線路中使用的關鍵因素，在這種情況下，一般用一·個TVS管與一個快恢復二極管以背對背的方式連接，由于快恢復二極管有較小的結電容，因而二者串聯(lián)的等效電容也較小，可滿足高頻使用的要求。
