电子电路和设备损坏的主要原因是电压和电流的瞬态干扰,往往给人们带来不可估量的损失。
这些干扰通常来自电力设备的启动和停止、交流电网的不稳定性、闪电干扰和静电放电等等。瞬态干扰几乎无处不在,防不胜防。
幸运的是,TVS是一种能有效抑制瞬态干扰的高效电路保护装置。
TVS(TRAnsientvoltagesupressssor),即瞬态电压抑制二极管,是在稳压管工艺的基础上开发的新产品。
其电路符号与普通稳压二极管相同,形状与普通二极管相同。当TVS管道两端受到瞬时高能冲击时,阻抗(高达1*10-12秒)可以突然降低极高速度,吸收大电流,将两端之间的电压放在预定值上,保证后方电路元件不受瞬态高能冲击的损坏。
◆ TVS特性
TVS特征曲线图
如果用图示仪观察TVS的特性,可以得到上图左边所示的波形。仅从这条曲线来看,TVS管的穿透特性与普通稳压管没有区别,是典型的PN雪崩装置。
然而,这条曲线只反映了TVS特征的一部分。需要补充右边所示的特征曲线,以反映TVS的所有特性。这是大电流冲击下TVS管的电流和电压波形。
图中的曲线1是TVS管中的电流波形,表示通过TVS管的电流突然从1ma上升到峰值,然后根据指数定律下降。这种电流冲击的原因可能是雷击、过压等。
曲线2是TVS管道两端电压的波形,这意味着当TVS中的电流突然升高时,TVS两端的电压也会升高,但最大只会升高到VC值,略高于击穿VBR的电压,以保护后面的电路元件。
◆ TVS参数
TVS特征及参数图
1.击穿电压(VBR):此时TVS阻抗突然下降,处于雪崩击穿状态。
2.测试电流(IT):测量TVS击穿电压VBR。一般IT取1MA。
3.反向变位电压(VRWM):当TVS两端的电压继续升高时,TVS将处于高电阻状态。
4.最大反向漏电流(IR):测量工作电压下流过TVS的最大电流。
5.最大峰值脉冲电流(IPP):TVS允许的最大浪涌电流反映了TVS的浪涌抑制能力。
6.最大钳位电压(VC):当TVS管受到瞬态高能冲击时,管内流出大电流,峰值为IPP,端电压不会从VRWM上升到VC值,从而实现保护。
随着时间的推移,IPP以指数的形式衰减。当衰减到一定值时,TVS两端的电压从VC开始下降,恢复到原来的状态。
最大位置电压VC与击穿电压VBR的比例称为位置因子CF,表示CF=VC/VBR,一般只有1.2~1.4。
7.峰值脉冲功率(PP):根据不同的峰值脉冲功率,PP分为四种类型:500W、600W、1500W和5000W。
显然,最大峰值脉冲功率越大,TVS能承受的峰值脉冲电流IPP越大;另一方面,随着最大电压VC的降低,TVS能承受的峰值脉冲电流IPP增加。
TVS最大允许脉冲功率不仅与峰值脉冲电流和电压有关,还与脉冲波形、脉冲持续时间和环境温度有关。
TVS可以承受数百安培的瞬时脉冲峰值,对冲响应时间仅为1*10-12秒;TVS允许的正浪涌电流也可以达到25℃和1/120秒的50-200安培。
一般来说,TVS所能承受的瞬时脉冲是非重复脉冲。实际上,重复脉冲可能会出现在电路中。
TVS设备规定的脉冲重复率比(脉冲持续时间与间隔时间的比率)为0.01%。电路设计者应注意脉冲功率的积累可能会烧坏TVS。
TVS的工作是可靠的,即使大脉冲的高能冲击长时间不重复,也不会出现老化问题。试验表明,在10000次脉冲安全工作后,TVS的最大允许脉冲功率仍然超过原值的80%。
TVS主要用于保护电路元件的快速过电压。它可以吸收数千瓦的浪涌信号。TVS应用广泛,体积小,功率大,响应快,无噪音,价格低廉。
比如:家用电器;电子仪器;仪器;精密设备;计算机系统;通信设备;通信端口,如RS232、485和CAN;ISDN保护;I/O端口;IC电路保护;音频和视频输入;交流和DC电源;抑制电机和继电器的噪音。能有效保护雷电、负载开关等人为操作错误造成的过电压冲击。
◆ 选择TVS的方法
确定待保护电路的直流电压或连续工作电压。如果是交流电,应计算最大值,即使用有效值*1.414。
2.TVS的反向位移电压为工作电压(VRWM)-选择TVS的VRWM等于或大于上述步骤1规定的工作电压。
这样可以保证正常工作条件下TVS吸收的电流可以忽略不计。如果步骤1中规定的电压高于TVSVRWM,TVS会在雪崩中吸收大量泄漏电流,从而影响电路的工作。
3.最大峰值脉冲功率:TVS峰值脉冲功率可根据干扰脉冲的波形和脉冲持续时间进行有效抑制。
所选TVS的最大电位电压(VC)应低于受保护电路允许的最大电压。
5.单极性或双极性——这种误解经常发生,即双向TVS用于抑制反向浪涌脉冲,但事实并非如此。双向TVS用于交流或双向脉冲。
TVS有时被用来降低电容。假设电路只有正电平信号,单向TVS就足够了。
TVS的操作模式如下:当正浪涌时,TVS处于反向雪崩状态;当反向浪涌时,TVS像一个正偏置的二极管一样引导和吸收浪涌能量。
事实并非如此。选择双向TVS,保护电路中的低电容器免受反向浪涌的损坏。
6.如果你知道更准确的浪涌电流IPP,你可以用VC来确定其功率。大功率范围不确定,最好选择更大的功率。