TVS及其在电路设计详解Word文档格式.docx
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在规定的反向应用条件下,TVS对受保护的线路呈高阻抗状态。
当瞬间电压超过其击穿电压时,TVS就会提供一个低阻抗的路径,并通过大电流方式使流向被保护元器件的瞬间电流分流到TVS二极管,同时将受保护元器件两端的电压限制在TVS的箝制电压。
当过压条件消失后,TVS又恢复到高阻抗状态。
与陶瓷电容相比,TVS可以承受15kV的电压,但陶瓷电容对高压的承受能力比较弱。
5kV的冲击就会造成约10%陶瓷电容失效,而到10kV时,其损坏率将高达到60%。
1.2TVS器件的主要参数
(1)最小击穿电压VBR
当TVS流过规定的电流时,TVS两端的电压称为最小击穿电压,在此区域,TVS呈低阻抗的通路。
在25℃时,低于这个电压,TVS是不会发生雪崩击穿的。
(2)额定反向关断电压VWM
VWM是TVS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。
但它又需要尽量与被保护电路的正常工作电压接近,这样才不会在TVS工作以前使整个电路面对过压威胁。
按TVS的VBR与标准值的离散度,可把VBR分为5%和10%两种,对于5%的VBR来说,VWM=0.85VBR腿;
而对于10%的VBR来说,VWM=0.81VBR。
(3)最大峰值脉冲电流IPP
应用过程中,浪涌有可能重复地出现,在这种情况下,即使单个的脉冲能量比TVS器件可承受的脉冲能量要小得多,但是,如果重复施加,这些单个的脉冲能量积累起来,也可能在某些情况下超过TVS器件所能承受的脉冲能量。
因此,在电路设计时,必须在这点上认真考虑并选用合适的TVS器件,以使其在规定的间隔时间内,重复施加脉冲能量的累积不至于超过TVS器件的脉冲能量额定值。
第三,在实际应用过程中,对最大反向工作电压必须有正确的选取,一般原则是以交流电压的1.4倍来选取TVS管的最大反向工作电压。
直流电压则按1.1~1.2倍来选取TVS管的最高反向工作电压。
3TVS在电路设计中的典型应用
在实际的应用电路中,处理瞬时脉冲对器件损害的最好办法,就是将瞬时电流从敏感器件引开。
为达到这一目的,将TVS在线路板上与被保护线路并联。
这样,当瞬时电压超过电路正常工作电压后,TNS将发生雪崩击穿,从而提供给瞬时电流一个超低阻抗的通路,其结果是瞬时电流通过TVS被引开,从而避开被保护器件,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。
在此之后,当瞬时脉冲结束以后,TVS二极管再自动恢复至高阻状态,整个回路进入正常电压状态。
以下是TVS在电路应用中的几个典型实例。
3.1TVS在交流电路中的应用
图1所示是一个双向TVS在交流电路中的应用电路。
应用TVS可以有效地抑制电网带来的过载脉冲,从而起到保护整流桥及负载中所有元器件的作用。
图1中的TVS箝位电压应不大于电路的最大允许电压。
3.2用TVS保护直流稳压电源
图2是一个直流稳压电源,在其稳压输出端加上TVS,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,从而保护晶体管。
建议在每个稳压源的输出端增加一个TVS管,这样可以大幅度地提高整机的可靠性。
3.3用TVS保护晶体管电路
各种瞬变电压能使晶体管的EB结或CE结击穿而损坏,特别是晶体管集电极有感性(线圈、变压器、电动机)负载时,通常会产生高压反电势,因而可能使晶体管损坏。
在实际应用中,建议采用TVS作为保护器件。
图3所示为TVS保护晶体管的四种电路实例.
3.4集成电路的保护
由于现代IC的集成度越来越高,而其耐压则越来越低,因而很容易受到瞬变电压的冲击而损坏,故须采取保护措施。
通常在CMOS电路的输入端及输出端都有保护网路,为了可靠起见,在各整机对外接口处也增加了各种保护网络。
图4给出了用TVS对TTL及CMOS器件进行保护的有关电路措施。
3.5用TVS保护集成运放
集成运放对外界电应力非常敏感。
因此,在使用运放的过程中,如果因操作失误或采取了不正常的工作条件,往往会出现过大的电压或电流,特别是浪涌和静电脉冲,从而很容易使运放受损或失效。
图5所示是用TVS在运放差模输入端防止过压损伤的保护电路。
4结束语
本文主要讲述了TVS器件的特性和主要参数,以及选用器件时的注意事项,同时给出了器件在电路设计中的典型应用电路,以便加深电路设计人员对TVS的认识,为设计出高可靠性的应用电路提供基础。
虽然目前的TVS在国内的应用正处于推广阶段,但我们有理由相信,随着越来越多的设计者对TVS的认识不断加深以及TVS所表现出来的优异性能,TVS器件最终将获得极为广泛的应用。
问:
(1)哪位能说说TVS二极管的用法和特性啊,小弟最近在摸索阶段,一般TVS接在哪里?
一般TVS接在哪里?
(1)用处较多,常用语静电放电抑制,雷击浪涌等,一般应该用在电路器件的脉冲入口
(2)一般用于瞬态抑制,主要类型有两种:
(1)防雷型TVS管:
譬如P6SMBJ6.8CA,600W(10us/1000us测试波形),通流量很大,反应速度小于1ns,但其寄生电容也很吓人,几百pF,一般用于RS422、RS485、CAN的后级防雷(前级用防电管);
(2)防静电型TVS管:
譬如SMJA15-8、SLV2.8-4,寄生电容小,通流量小(300W,8us/20us测试波形),反应速度一般为pS级,一般用于USB、DVI等室内设备的静电防护(热插拔)
(3)TVS管的通过功率通常不大,我做过一些测试,如果浪涌直接加到TVS管,很容易吧TVS管打坏掉。
而压敏电阻则没事。
因此我感觉TVS管应该在控制电路PCB上使用,压敏电阻用在220V接口。
(4)TVS通常是用来抑制一些瞬态大能量如静电、浪涌、冲击等,抑制静电时,一般单独使用TVS就可以,但是,在抑制浪涌和冲击时,因为能量比较大,通常是用在防护电路的次级,防护电路初级通常为大通流的气体放电管、压敏电阻等,因为这些器件响应速度慢,会有很大的残压,所以次级用TVS做精细保护,初级和次级防护器件中间通常使用电感和电阻退耦,一般电源上使用电感,不消耗能量,而信号线上使用电阻,防止电感对高频信号产生影响。
(5)使用TVS时,通常需要关注关断电压、响应电压、箝位电压、最大通流量、响应时间、结电容、功率等。
关断电压是指TVS不动作的电压,大于关断电压,TVS将逐渐响应;
响应电压为TVS完全动作的电压,箝位电压为TVS动作后电压稳定值,通常情况下,两者分别取需要保护工作电路电压的1.1倍和1.2倍左右,最大通流量需要考虑浪涌及冲击试验的等级,根据测试等级及发生器内阻做简单的估算,TVS响应时间都很小,通常为ns级,高速信号使用TVS时要考虑结电容,避免对高速信号产生影响,如百兆以太网TVS结电容不超过15pF等,TVS的功率为箝位电压与峰值电流(最大通流量)的乘积,通常TVS封装上会有如5KW等,这个就是指TVS的功率。
(6)实际使用TVS时需要注意,其随温度结电容变化很大,而规格书上常温时的结电容没有意义,所以对速率比较高的信号,通常建议使用与二极管串联的TVS,降低结电容,另外TVS有单向的,也有双向的,一般厂家推荐单极信号如直流电源选单向的,平衡信号如差分对选双向的,实际选用时,建议选双向的,首先两个价钱基本一样,其次静电浪涌冲击等都有正负两个极性,可以双向保护。
(7)另外如果选择TVS时通流量不够,可以将两个TVS并联,此时通流量加倍,响应电压等不变,但如果TVS串联,响应电压增倍,同流容量不变,特别注意,此时的TVS要为同一厂家、同一型号、同一批次的产品,否则可能达不到想要的效果甚至会带来负面的影响。
(8)TVS失效的模式是短路,这个可以用万用表进行简单的测量确定。
前面说过TVS的用途,可以看出来,一般都是用在I/O口或需要做静电的接口,另外在如复位等对静电敏感的信号线上也使用。
(9)这两年市场上也出现了一种全新的TVS(见后面插图),具有传统TVS的所有特点,但通流量很大,可以在电路防护中代替初级防护器件如气体放电管和压敏电阻等,而且残压也很低,但是价钱特别贵,100RMB多一个,小型化设备对空间要求较高时可以使用,如果对空间要求不是很高,这种TVS的成本比传统的方案要高很多,没必要使用。
TVS管,哪怕是放雷型TVS管,直接做10/700us浪涌实验,一般会打坏的,即使前级有防雷管、压敏电阻,其性能也会下降的
2、请问ISO7637-2中的5A波形需要多大的TVS?
没搞过这类东西,对这标准不熟悉,简单估算方法是
试验电压/(发生器内阻+R)大概就是通流,电阻R一般为测试线缆的电阻,取个5~10欧就可以,知道了通流,然后乘以箝位电压就是你所要TVS的最小功率,箝位电压等的确定请参考前面的回复。
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