TVS管作为保护器件,能够非常有效的防止静电击穿保护电路。在选用TVS管的时候,必须注意其相关的参数,否则会出现意想不到的问题。
首先了解TVS的参数:VRWM,VBR,Vc,Ipp,Cd是ESD/TVS器件选型的重要参数.
1. Vc 最大箝位电压
Vc箝位电压指在特定的Ipp 电流时,脉冲电压通过ESD保护器件后所被箝位的电压
2. VRWM 最大反向工作电压(反向转折电压,反向关断电压)
Ir @ VRWM (最大反向虑电流)
Vrwm 表示在规定的Ir下,TVS器件两端的电压值成为最大反向工作电压。通常Vrwm=(0.8~0.9)Vbr。在这个电压下,器件的功耗消耗很小。使用时,应使Vrwm不低于被保护器件或线路的正常工作电压。当TVS两端的反向电压小于这个电压时,TVS处于截止状态,流过TVS管的电流很小,这时TVS管不起作用。因此在选型时,选择的TVS管的关断电压要比你正常工作的最大电压要大。不然不能正常工作。
一般Vrwm会低于85%Vc而高于正常工作电压,以便TVS接入电路而不影响正常电路工作.
3.VBR 反向击穿电压(雪崩电压)
TVS管通过规定的测试电流It时的电压,这是表示TVS管导通的标志电压,即从此点开始器件进入雪崩击穿。
雪崩电压就是它的击穿电压。只要电压达到雪崩电压值,TVS管就会以及快的速度提供一个瞬间大电流通道,把电压箝位在它的雪崩电压值,对整个电路起到保护作用。
4. Ppp 最大峰值脉冲功率
Ppp峰值脉冲功率为ESD器件上瞬间通过的最大功率值。
5. Cj 结电容
主要是指TVS连接GND和I/0时,具有的电容值。Cd为ESD/TVS器件的引脚寄生电容,通信速率越高,线路上使用的ESD保护器件的结电容要越低,否则将破坏数据信号。
6. IT 测试电流
在这个电流值下规定器件的反向击穿电压值。
7. 单向保护和双向保护
如图所示,单向保护器件仅能对正脉冲或者负脉冲进行防护,而双向保护器件一端接要保护的线路,一端接地,无论来自反向还是来自正向的ESD脉冲均备释放,更有效的保护了IC。
有了这些主要的参数,基本上就能知道如何选择一个适合自己的电路的TVS了,Vc、Ipp反映了TVS器件的浪涌抑制能力。当TVS承受额定的瞬时峰值脉冲电流Ipp时,可能在器件上的瞬时最大电压值即最大箝位电压为Vc。此时如果脉冲时间为规定的标准值,则TVS的最大峰值脉冲功率为:PM-Vc*Ipp。因此在选用TVS前,最好对线路中产生的脉冲类型有大致的了解,是单脉冲,还是复脉冲,脉冲的上升时间,脉宽,峰值等,以便确定Vc,Ipp,PM。
一般确定VRWM应等于或略高于电路的正常工作电压,确保TVS的接入不会影响到正常的工作。在交流线路,则需要根据正常工作电压的squar(2)(1.414)倍,也就是峰值来确定。
VBR不能小于电路的最大允许工作电压。否则TVS进入雪崩,虑电流增大,影响电路工作。
如果作为I0脚保护,需要认真研究Cj和insert loss,会改变信号的相位和强度,可能造成工作不稳定,另外,还有双向的TVS管,双向的参数同样适用。
TVS管最大箝位电压VC
TVS管最大箝位电压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正常工作电压;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;TVS管使用时一般并联在被保护电路上;为了限制流过TVS管的电流不超过管子允许通过的峰值电流IPP,应在线路串联加限流元件,如电阻、自恢复保险丝、电感等。
确定待保护电路的直流电压或持续工作电压。TVS管的反向变位电压即工作电压(VRWM)--选择TVS管的VRWM等于或大于所规定的操作电压。这就保证了在正常工作条件下TVS管吸收的电流可忽略不计,如果规定的电压高于TVS管的VRWM ,TVS管将吸收大量的漏电流而处于雪崩击穿状态,从而影响电路的工作。
最大峰值脉冲功率:确定电路的干扰脉冲情况,根据干扰脉冲的波形、脉冲持续时间, 确定能够有效抑制该干扰的TVS管峰值脉冲功率。所选TVS管的最大箝位电压(VC)应低于被保护电路所允许的最大承受电压。单极性还是双极性—常常会出现这样的误解即双向TVS管用来抑制反向浪涌脉冲,其实并非如此。双向TVS管用于交流电或来自正负双向脉冲的场合。TVS管有时也用于减少电容。如果电路只有正向电平信号,那么单向TVS管就足够了。
TVS和齐纳稳压管都能用作稳压,但是齐纳击穿电流更小,大于10V的稳压只有1mA,相对来说要比齐纳二极管击穿电流要大不少,但是齐纳二极管稳压精度可以做的比较高。
TVS在电路中一般工作于反向截止状态,此时它不影响电路的任何功能。TVS在规定的反向应用条件下,当电路中由于雷电、各种电器干扰出现大幅度的瞬态干扰电压或脉冲电流时,它在极短的时间内(最高可达到1×10-12秒)迅速转入反向导通状态,并将电路的电压箝位在所要求的安全数值上,从而有效的保护电子线路中精密元器件免受损坏。干扰脉冲过去后,TVS又转入反向截止状态。由于在反向导通时,其箝位电压低于电路中其它器件的最高耐压,因此起到了对其它元器件的保护作用。TVS能承受的瞬时脉冲功率可达上千瓦,其箝位时间<1ns[1]。TVS根据极性可分为单向和双向TVS。单向TVS一般适用于直流电路,双向TVS一般适用于交流电路中。由于TVS起保护作用时动作迅速、寿命长、使用方便,因此在瞬变电压防护领域有着非常广泛的应用。
由于它具有响应速度快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点,已广泛应用于便携式设备如笔记本电脑、手机、PDA、MP3播放器,计算机系统、通讯设备、交/直流电源、汽车、电子镇流器、家用电器、仪器仪表(电度表),RS232/422/423/485、I/O、LAN、ISDN、ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、数字照相机的保护、共模/差模保护、RF耦合/IC驱动接收保护、电机电磁波干扰抑制、声频/视频输入、传感器/变速器、工控回路、继电器、接触器噪音的抑制等各个领域。
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