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瞬变抑制二极管
阅读:7586时间:2010-11-15 17:41:26

  瞬变抑制二极管简称TVS器件,在规定的反向应用条件下,当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时,其工作阻抗能立即降至很低的导通值,允许大电流通过,并将电压箝制到预定水平,从而有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏。

主要参数

  1、 击穿电压V(BR) :器件在发生击穿的区域内, 在规定的试验电流I(BR) 下, 测得器件两端的电压称为击穿电压,在此区域内, 二极管成为低阻抗的通路。

  2、 反向脉冲峰值电流IPP :在反向工作时, 在规定的脉冲条件下, 器件允许通过的脉冲峰值电流。 IPP 与箝位电压Vc(MAX) 的乘积, 就是瞬态脉冲功率的值。 使用时应正确选取瞬变抑制二极管, 使额定瞬态脉冲功率PPR 大于被保护器件或线路可能出现的瞬态浪涌功率。

  3、 反向工作电压VRWM(或变位电压):器件反向工作时, 在规定的 IR 下, 器件两端的电压值称为反向工作电压VRWM。 通常 VRWM =(0. 8~0. 9) V (BR) 。 在这个电压下, 器件的功率消耗很小。

  4、 箝位电压Vc(max ) :在脉冲峰值电流Ipp 作用下器件两端的电压值称为箝位电压。 使用时, 应使 Vc(max ) 不高于被保护器件的允许安全电压。 箝位电压与击穿电压之比称为箝为系数。

  5、 反向脉冲峰值功率PPR :瞬变抑制二极管 的 PPR 取决于脉冲峰值电流IPP 和箝位电压Vc(max ) , 除此以外, 还和脉冲波形、脉冲时间及环境温度有关。

  6、 电容CPP: 瞬变抑制二极管 的电容由硅片的面积和偏置电压来决定, 电容在零偏情况下, 随偏置电压的增加, 该电容值呈下降趋势。 电容的大小会影响 瞬变抑制二极管 器件的响应时间。

  7、 漏电流IR: 当反向工作电压施加到瞬变抑制二极管 上时, 瞬变抑制二极管 管有一个漏电流IR, 当 瞬变抑制二极管 用于高阻抗电路时,这个漏电流是一个重要的参数。

使用技巧

  1、确定被保护电路的直流或连续工作电压、电路的额定标准电压和“高端”容限。

  2、瞬变抑制二极管额定反向关断VWM 应大于或等于被保护电路的工作电压。若选用的VWM 太低,器件可能进入雪崩或因反向漏电流太大影响电路的正常工作。串行连接分电压,并行连接分电流。

  3、 瞬变抑制二极管 的箝位电压VC 应小于被保护电路的损坏电压。

  4、在规定的脉冲持续时间内,瞬变抑制二极管 的峰值脉冲功耗PM 必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。在确定 箝位电压后,其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。

  5、对于数据接口电路的保护,还必须注意选取具有合适电容C 的瞬变抑制二极管 器件。

  6、根据用途选用瞬变抑制二极管 的极性及封装结构。交流电路选用双极性瞬变抑制二极管较为合理;多线保护选用瞬变抑制二极管 阵列更为有利。

  7、温度考虑。瞬态电压抑制器可以在-55~+150℃之间工作。如果需要瞬变抑制二极管在一个变化的温度 工作,由于其反向漏电流ID是随增加而增大;功耗随瞬变抑制二极管结温增加而下降,从+25℃到+175℃,大约线性下降50%雨击穿电压VBR 随温度的增加按一定的系数增加。因此,必须查阅有关产品资料,考虑温度变化对其特性的影响。

选用原则

  一、 大箝位电压VC(MAX)不大于电路的允许安全电压。

  二、 反向工作电压(变位电压)VRWM不低于电路的工作电压,一般可以选VRWM等于或略高于电路工作电压。

  三、 额定的脉冲功率,必须大于电路中出现的瞬态浪涌功率。

应用实例

  一、 瞬变抑制二极管在微机中的应用实例

  一个典型的微机系统,通过电源线、输入线、输出线进入的各种干扰或瞬变电压,可能使微机误动作出故障,特别是来自开关电源,微机近旁的电动机的开与关、交流电源电压的浪涌和瞬变、静电放电等场合都可能使系统产生误动作,严重时还可能损坏器件。将瞬变电压抑制二极管接到微机的电源线输入和输出线上,可防止瞬变电压进入“微机”总线,加强微机对外界干扰的抵抗能力,保证微机正常工作,提高其应用可靠性。,使用瞬变抑制二极管管的量是很多的。

  二、 瞬变抑制二极管管保护开关电源实例

  对开关电源设计师来讲,必须对影响开头电源的三种瞬变类型进行保护:

  1、 由负载变化引起的瞬变电压(电感负载);

  2、 由电源线引入的瞬变电压;

  3、 由开关电源内部发生的瞬变电压。

  由于电源中需要保护的典型元器件有:

  1、 高反压开关晶体管(VMOS管)

  2、 高压整流器(高压流整流二极管)

  3、 输出整流器(输出大电流整流二极管)

  4、 内部控制电路(脉宽调制器等)

  典型开关电源中应用瞬变抑制二极管的实例,由图可见共有八个瞬变抑制二极管管,各自保护自已的对象,当然八个瞬变抑制二极管管的特性也不同,从“击穿电压”、“脉冲峰值功率”、“脉冲峰值电流”到“箝位电压”等都有区别。美国HP公司某仪器使用的开关电源,从图中可以看到该电源中所有瞬变电压抑制二极管的数量及情况。

  国外应用瞬变抑制二极管是非常普遍的,而且数量也是很多的,可见瞬变抑制二极管对提高整机应用可靠性是至关重要的。

  三、 瞬变抑制二极管保护直流稳压电源实例

  一个直流稳压电源,并有扩大电流输出的晶体管,在其稳压输出端加上瞬变电压抑制二极管,可以保护使用该电源的仪器设备,同时还可以吸收电路中晶体管的集电极到发射极间的峰值电压,保护晶体管。建设在每个稳压源输出端增加一个瞬变抑制二极管管,可大幅度提高整机应用可靠性。

  四、 瞬变抑制二极管保护晶体管实例

  各种瞬变电压能使晶体管EB结或CE结击穿而损坏,特别是晶体管集电极有电感性(线圈、变压器、电动机)负载时,会产生高压反电势,往往使晶体管损坏。建设采用瞬变抑制二极管管作为保护器。

  五、 瞬变抑制二极管保护集成电路实例

  由于集成电路集成度越来越高,其耐压越来越低,容易受到瞬变电压的冲击而损坏,必须采取保护措施。例如CMOS电路在其输入端及输出端都有保护网路,为了更可靠起见,在各整机对外接口处还增加各种保护网络。

  六、 瞬变抑制二极管保护可控硅实例

  可控硅可能误触发导致误动作,可控硅控制极电流不能太大,电压不能过高,必须采用各种保护措施。

  七、 瞬变抑制二极管保护继电器实例

  继电器有驱动线圈,当用大功率晶体管驱动时,应采取保护措施,如图5所示。有时也采用图8所示方法来抑制线圈中的高压反电势保护晶体管,哪个方案更好应根据实际情况决定。图中二极管允许的电源应比晶体管的工作电流大一倍左右,例如继电器线圈的电流IA,则二极管额定电流选2-3A左右,耐压则应大于电源电压的2倍左右,例如电源电压27V,则二极管耐压应为60V以上。

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