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二極管
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  • 揭開(kāi)限壓器件穩(wěn)壓管和TVS管之間究竟有何不同?
    揭開(kāi)限壓器件穩(wěn)壓管和TVS管之間究竟有何不同?
  • 揭開(kāi)限壓器件穩(wěn)壓管和TVS管之間究竟有何不同?
  •   發(fā)布日期: 2018-12-12  瀏覽次數(shù): 1,154
     電子系統(tǒng)的應(yīng)用當(dāng)中,電壓及電流的瞬態(tài)干擾會(huì)經(jīng)常造成電子設(shè)備的損壞,瞬態(tài)干擾的顯著特點(diǎn)是作用時(shí)間極短,但電壓幅度高、瞬態(tài)能量大,所以破壞性很大。為了防止這種破壞,TVS管得到了廣泛的應(yīng)用,TVS(TransientVoltageSuppressor)是一種在穩(wěn)壓管工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一高效能的電路保護(hù)器件,瞬態(tài)抑制二極管的電路符號(hào)和普通穩(wěn)壓二極管相同,外形也與普通二極管無(wú)異,當(dāng)TVS管兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時(shí),它能以極高的速度(最高達(dá)1*10-12秒)使其阻抗驟然降低,同時(shí)吸收一個(gè)大電流,將其兩端間的電壓箝位在一個(gè)預(yù)定的數(shù)值上,從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。我們?cè)谝恍┚茈娮釉O(shè)備中經(jīng)??梢钥吹絋VS管作為ESD防護(hù)的主要手段之一。

     






      作為二者的共同點(diǎn),它們都可以用來(lái)穩(wěn)壓,并且都工作在反向截止?fàn)顟B(tài)下,其正向特性與普通二極管相同,反向特性為典型的PN結(jié)雪崩器件。但是TVS管齊納擊穿電流更小,大于10V的穩(wěn)壓只有1mA,相對(duì)來(lái)說(shuō)齊納二極管擊穿電流要大不少,但是齊納二極管穩(wěn)壓精度可以做的比較高。而且TVS管強(qiáng)調(diào)的是瞬態(tài)響應(yīng),所以其時(shí)間參數(shù)就很重要了,也就是說(shuō)穩(wěn)壓二極管的響應(yīng)時(shí)間通常要比TVS管的慢。同時(shí)TVS管的功率較大,而穩(wěn)壓管的功率較小。

     


      其次,從概念上理解,TVS管主要是防止瞬間大電壓的影響,最終可以達(dá)到穩(wěn)壓的目的,這與穩(wěn)壓管的作用是有區(qū)別的。





      穩(wěn)壓管和TVS管的應(yīng)用





      (1)浪涌保護(hù)電路:穩(wěn)壓管在準(zhǔn)確的電壓下?lián)舸?,這就使得它可作為限制或保護(hù)元件電壓來(lái)使用,因?yàn)楦鞣N電壓的穩(wěn)壓二極管都可以得到,故對(duì)于這種應(yīng)用特別適宜。

     


      (2)電視機(jī)里的過(guò)壓保護(hù)電路:EC是電視機(jī)主供電壓,當(dāng)EC電壓過(guò)高時(shí),D1導(dǎo)通,三極管BG導(dǎo)通,其集電極電位將由原來(lái)的高電平(5V)變?yōu)榈碗娖?,通過(guò)待機(jī)控制線的控制使電視機(jī)進(jìn)入待機(jī)保護(hù)狀態(tài)。

     






      (3)電弧抑制電路:在電感線圈、繼電器上并聯(lián)接入一只合適的穩(wěn)壓二極管(也可接入一只普通二極管,原理一樣)的話,當(dāng)線圈在導(dǎo)通狀態(tài)切斷時(shí),由于其電磁能釋放所產(chǎn)生的高壓會(huì)被二極管所吸收,所以當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),開(kāi)關(guān)的電弧也就被消除了。這個(gè)應(yīng)用電路在工業(yè)上用得比較多,如一些較大功率的電磁吸控制電路就用到它。

     






      (4)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路:在此電路中,串聯(lián)穩(wěn)壓管的基極被穩(wěn)壓二極管D1鉗定在13V,那么其發(fā)射極就輸出恒定的12V電壓了。這個(gè)電路在很多場(chǎng)合下都有應(yīng)用。





      TVS管的選型及需考慮的因素





      TVS管器件按極性可分為單極性和雙極性兩種;按用途可分為通用型和專用型;按封裝和內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為軸向引線二極管、雙列直插TVS陣列、貼片式和大功率模塊等。軸向引線的產(chǎn)品峰值功率可達(dá)40W、500W、600W、1500W和5000W。其中大功率的產(chǎn)品主要用在電源饋線上,低功率產(chǎn)品主要用在高密度安裝場(chǎng)合。對(duì)于高密度安裝的場(chǎng)合,也可以選擇雙列直插和表面貼裝等封裝形式。

     


      在選用TVS管時(shí),應(yīng)考慮以下幾個(gè)主要因素:





      (1)若TVS管有可能承受來(lái)自兩個(gè)方向的尖峰脈沖電壓(浪涌電壓)沖擊時(shí),應(yīng)當(dāng)選用雙極性的,否則可選用單極性。

     






      (2)所選用TVS管的VC值應(yīng)低于被保護(hù)元件的最高電壓。VC是二極管在截止?fàn)顟B(tài)的電壓,也就是在ESD沖擊狀態(tài)時(shí)通過(guò)TVS的電壓,它不能大于被保護(hù)回路的可承受極限電壓,否則器件面臨被損壞的危險(xiǎn)。

     


      (3)TVS管在正常工作狀態(tài)下不要處于擊穿狀態(tài),最好處于VR以下,應(yīng)綜合考慮VR和VC兩方面的要求來(lái)選擇適當(dāng)?shù)腡VS。

     






      (4)如果知道比較準(zhǔn)確的浪涌電流IPP,則可利用VC*IPP來(lái)確定功率;如果無(wú)法確定IPP的大致范圍,則選用功率大些的TVS為好。PM是TVS能承受的最大峰值脈沖功率耗散值。在給定的最大箝位電壓下,功耗PM越大,其浪涌電流的承受能力越大;在給定的功耗PM下,箝位電壓VC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(shí)間和環(huán)境溫度有關(guān)。

     


      (5)TVS管所能承受的瞬態(tài)脈沖是不重復(fù)的,器件規(guī)定的脈沖重復(fù)頻率(持續(xù)時(shí)間與間歇時(shí)間之比)為0.01%。如果電路內(nèi)出現(xiàn)重復(fù)性脈沖,應(yīng)考慮脈沖功率的累積,不然有可能損壞TVS。





      (6)對(duì)于小電流負(fù)載的保護(hù),可有意識(shí)地在線路中增加限流電阻,只要限流電阻的阻值適當(dāng),一般不會(huì)影響線路的正常工作,但限流電阻對(duì)干擾所產(chǎn)生的電流卻會(huì)大大減小。但此時(shí)可以選用峰值功率較小的TVS管來(lái)對(duì)小電流負(fù)載線路進(jìn)行保護(hù)。





      (7)電容量C是由TVS管雪崩結(jié)截面決定的,這是在特定的1MHz頻率下測(cè)得的。C的大小與TVS管的電流承受能力成正比,C太大將使信號(hào)衰減。因此,C是數(shù)據(jù)接口電路選用TVS管的重要參數(shù)。對(duì)于數(shù)據(jù)/信號(hào)頻率越高的回路,二極管的電容對(duì)電路的干擾越大,形成噪聲或衰減信號(hào)強(qiáng)度也大,因此,需要根據(jù)回路的特性來(lái)決定所選器件的電容范圍。高頻回路一般選擇電容應(yīng)盡量小(如LCTVS、低電容TVS,電容不大于3pF),而對(duì)電容要求不高的回路,電容的容量選擇可高于40pF。





      (8)為了滿足IEC61000-4-2國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),TVS管必須達(dá)到可以處理最小8kV(接觸)和15kV(空氣)的ESD沖擊,有的半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商在自己的產(chǎn)品上使用了更高的抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)。而對(duì)于某些有特殊要求的便攜設(shè)備應(yīng)用,設(shè)計(jì)者可以按需要挑選!


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