常用电子元器件基础知识

TVS管,放电管,压敏电阻,自恢复保险丝

怎样选择合适的TVS管?

  处理瞬时脉冲对元件损害的最好办法是将瞬时电流从感应元件引开。TVS二极管在线路板上与被保护线路并联,当瞬时电压超过电路正常工作电压后,TVS二极管便产生雪崩,提供给瞬时电流一个超低电阻通路,其结果是瞬时电流透过二极管被引开,避开被保护元件,并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。当瞬时脉冲结束以后,TVS二极管自动回覆高阻状态,整个回路进入正常电压。许多元件在承受多次冲击后,其参数及性能会产生退化,而只要工作在限定范围内,二极管将不会产生损坏或退化。从以上过程可以看出,在选择TVS二极管时,必须注意以下几个参数的选择:

  1.最小击穿电压VBR和击穿电流IR 。VBR是TVS最小的击穿电压,在25℃时,低于这个电压TVS是不会产生雪崩的。当TVS流过规定的1mA电流(IR)时,加于TVS两极的电压为其最小击穿电压V BR。按TVS的VBR与标准值的离散程度,可把VBR分为5%和10%两种。对于5%的VBR来说,V WM=0.85VBR;对于10%的VBR来说,V WM=0.81VBR。为了满足IEC61000-4-2国际标准,TVS二极管必须达到可以处理最小8kV(接触)和15kV(空气)的ESD冲击,部份半导体厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。对于某些有特殊要求的可携设备应用,设计者可以依需要挑选元件。

  2.最大反向漏电流ID和额定反向切断电压VWM。VWM是二极管在正常状态时可承受的电压,此电压应大于或等于被保护电路的正常工作电压,否则二极管会不断截止回路电压;但它又需要尽量与被保护回路的正常工作电压接近,这样才不会在TVS工作以前使整个回路面对过压威胁。当这个额定反向切断电压VWM加于TVS的两极间时它处于反向切断状态,流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流ID。

  3.最大钳位电压VC和最大峰值脉冲电流I PP。当持续时间为20ms的脉冲峰值电流IPP流过TVS时,在其两端出现的最大峰值电压为VC。 V C、IPP反映了TVS的突波抑制能力。 VC与VBR之比称为钳位因子,一般在1.2~1.4之间。VC是二极管在截止状态提供的电压,也就是在ESD冲击状态时通过TVS的电压,它不能大于被保护回路的可承受极限电压,否则元件面临被损伤的危险。

  4.Pppm额定脉冲功率,这是基于最大截止电压和此时的峰值脉冲电流。对于手持设备,一般来说500W的TVS就足够了。最大峰值脉冲功耗PM是TVS能承受的最大峰值脉冲功耗值。在特定的最大钳位电压下,功耗PM越大,其突波电流的承受能力越大。在特定的功耗PM下,钳位电压VC越低,其突波电流的承受能力越大。另外,峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且,TVS所能承受的瞬态脉冲是不重覆的,元件规定的脉冲重覆频率(持续时间与间歇时间之比)为0.01%。如果电路内出现重覆性脉冲,应考虑脉冲功率的累积,有可能损坏TVS。

  5.电容器量C。电容器量C是由TVS雪崩结截面决定的,是在特定的1MHz频率下测得的。C的大小与TVS的电流承受能力成正比,C太大将使讯号衰减。因此,C是数据介面电路选用TVS的重要参数。电容器对于数据/讯号频率越高的回路,二极管的电容器对电路的干扰越大,形成噪音或衰减讯号强度,因此需要根据回路的特性来决定所选元件的电容器范围。高频回路一般选择电容器应尽量小(如LCTVS、低电容器TVS,电容器不大于3pF),而对电容器要求不高的回路电容器选择可高于40pF。

  TVS的选用技巧

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

  (2)TVS额定反向关断VWM应大于或等于被保护电路的最大工作电压。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)TVS的最大钳位电压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,TVS的最大峰值脉冲功耗PM必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。在确定了最大钳位电压后,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TVS器件。

  (6)根据用途选用TVS的极性及封装结构。交流电路选用双极性TVS较为合理;多线保护选用TVS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TVS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TVS结温增加而下降,从+25℃~+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。

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