浪涌硅瞬變吸收二極管

浪涌硅瞬變吸收二極管(TVS)的了作有點(diǎn)像普通的穩(wěn)壓管，是鉗位型保護(hù)器件，其應(yīng)用是與浪涌保護(hù)器被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)使用。浪涌硅瞬變電壓吸收二極管具有極快的響應(yīng)時(shí)間(亞納秒級(jí))和相當(dāng)高的浪涌吸收能力，并有較多的電壓擋次，可用于保護(hù)設(shè)備或電路免受靜電、電感性負(fù)載切換時(shí)產(chǎn)生的瞬變電壓，以及感應(yīng)雷所產(chǎn)生的過(guò)電壓。

(1)TVS的特性。TVS的電路符號(hào)和普通的穩(wěn)壓管相同，其電壓—電流特性曲線如圖2—10所示，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，TVS的電壓(電流)時(shí)間特性如圖2—11所示。在浪涌電壓的作用下，TVS兩極間的電壓由額定反向關(guān)斷電壓UwM上升到擊穿電壓Ute而被擊穿。隨著擊穿電流的㈩現(xiàn)，流過(guò)TVS的電流將達(dá)到峰值脈沖電流…，同時(shí)在其兩端的電壓被鉗位到預(yù)定的最大鉗位電壓叭以下。其后，隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，TVS兩極間的電壓也不斷卜降，最后恢復(fù)到初態(tài)，這就是TVS抑制可能出現(xiàn)的浪涌脈沖功率、保護(hù)電子元器件的過(guò)程。當(dāng)TVS兩極受到反向高能量沖擊時(shí)，它能以亞納秒級(jí)的速度，將其兩極間的阻抗由高變低，浪涌保護(hù)器吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電位鉗位于預(yù)定值，有效地保護(hù)電子設(shè)備中的元器件免受浪涌脈沖的損害。TVS具有響應(yīng)時(shí)間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、鉗位電壓容易控制、體積小等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用天家用電器、電子儀表、通信設(shè)備、電源、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域。

(2)TVS的主要參數(shù)。

1)最大反向漏電流／。：當(dāng)最大反向下作電壓施加到TVS上時(shí)，產(chǎn)生的一個(gè)恒定電流稱為最大漏電流。當(dāng)TVS用于高阻抗電路時(shí)，這個(gè)漏電流是一個(gè)重要的參數(shù)。

2)擊穿電壓u。：U。是TVS最小的擊穿電壓，指器件在發(fā)牛擊穿的區(qū)域內(nèi)，在規(guī)定的試驗(yàn)電流條件下所測(cè)得的g2件兩端的電壓值。在25'C時(shí)，低于這個(gè)電壓TVS是不會(huì)發(fā)生雪崩的，3)擊穿電流／，：指浪涌保護(hù)器在發(fā)生擊穿的區(qū)域內(nèi)，在規(guī)定的試驗(yàn)電壓條件下所測(cè)得的流過(guò)器的電流值。

4)最大反向工作電壓U刪；該電壓是指器件反向工作時(shí)，在規(guī)定的漏電流下，器件兩端的電壓值，流過(guò)它的電流應(yīng)小于或等于其最大反向漏流／D。通常取U刪＝(O．8一O．9)Um(2—3)

在這個(gè)電壓下，器件的功率消耗很小。

5)最大反向峰值脈沖電流／，：該參數(shù)是指在反向工作條件下，在規(guī)定的脈沖時(shí)間內(nèi)器件所允許通過(guò)的最大峰值脈沖電流。

6)最大鉗位電Uc；當(dāng)持續(xù)時(shí)間為20／~s的脈沖峰值電流Jlv流過(guò)TVS時(shí)，在其兩端出現(xiàn)的最大峰值電壓稱為最大鉗位電壓。最大鉗位電壓與擊穿電壓之比稱為鉗位系數(shù)。一般鉗位系數(shù)取值為1．33(在總的額定功率下)或1．20(在50%％的額定功率下)。最大鉗位電壓uc和最大峰值脈沖電流Ipp反映了TVS的浪涌抑制能力。

7)電容量c。電容量c是由TVS雪崩結(jié)截面決定的，是在特定的1MHz頻率下測(cè)得的。

c的大小與TVS的電流承受能力成iEkC，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的重要參數(shù)。

8)最大峰值脈沖功耗PM。戶。是TVS能承受的最大峰值脈沖功率耗散值。在給定的最大鉗位電壓下，功耗J)。越大，其浪涌保護(hù)器浪涌電流的承受能力越大；在給定的功耗Pv下，鉗位電壓uc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)。而且，TVS所能承受的瞬態(tài)脈沖是不重復(fù)的，元器件規(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o．o%。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，有可能損壞TVS。

(3)TVS器件選用。下面給出如何選用TVS器件，從而為電路提供最好的瞬變電壓抑制；1)確定被保護(hù)電路的最大直流或連續(xù)工作電壓，電路的額定標(biāo)準(zhǔn)電壓和最大可承受電壓。

2)TVS的額定反向關(guān)斷電壓uwm應(yīng)大于或等于被保護(hù)電路的最大工作電壓．若選用的Um太低，器件可能進(jìn)入雪崩或因反向漏電流太大影響電路的正常工作。

3)TVS的最大反向鉗位電壓UL應(yīng)小于被保護(hù)電路的損壞電壓。

4)在規(guī)定的脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)，TVS的最大峰值脈沖功率戶u必須大于被保護(hù)電路可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率。在確定了最大鉗位電壓后，其峰值脈沖電流應(yīng)大干瞬態(tài)浪涌電流。一般TVS的最大峰值脈沖功率是以10／1000tis的非重復(fù)脈沖給出的，而實(shí)際的脈沖寬度是由脈沖源決定的，當(dāng)脈沖寬度不同時(shí)期峰值功率也不同。如某600WTVS，對(duì)1000／~s脈寬晟大吸收功率為600W，但是對(duì)50t~s脈寬其吸收功率就可達(dá)到2100W，而對(duì)10t~s的脈寬其最大吸收功率就只有200W了。而且吸收功率還和脈沖波形有關(guān)：如果是半個(gè)正弦波形式的脈沖，吸收功率就要減到75％，若是方波形式的脈沖，吸收功率就要減到66％。

5)對(duì)于需要承受有規(guī)律的、短暫的脈沖群沖擊的TVS，如應(yīng)用在繼電器、功率開(kāi)關(guān)或電動(dòng)機(jī)控制等場(chǎng)合，有必要引入平均穩(wěn)態(tài)功率的概念。舉例說(shuō)明，在一功率開(kāi)關(guān)電路中會(huì)產(chǎn)生頻率為120Hz、寬度為4up、峰值電流為25A的脈沖群，選用的TVS可以將單個(gè)脈沖的電壓鉗位到兒2V。此平均穩(wěn)態(tài)功率的計(jì)算為：脈沖時(shí)間間隔等于頻率的倒數(shù)，即1／120--0．0083(s)，峰值吸收功率是鉗位電壓與脈沖電流的乘積，即u．2~25280(w)，平均功串則為峰值功率與脈沖寬度對(duì)脈沖間隔比值的乘積，即280X(o．000 004／0．0083)＝o．134(W)。也就是說(shuō)，選用的TVS平均穩(wěn)態(tài)功率必須大干o．134W。

6)對(duì)于數(shù)據(jù)接口電路的保護(hù)，還必須注意選取具有合適電容c的TVS器件。

7)根據(jù)用途選用TVS的極性及封裝結(jié)構(gòu)。交流電路選用雙極性TVS較為合理；多線保護(hù)選用TVS陣列更為有利。

8)TVS雖然可以在一5s一--150'CT_作，但因其反向漏電流／。是隨溫度增加而增大的；功耗是隨TVS結(jié)溫增加而下降的，從+254+175~C，大約線性下降50％；擊穿電壓U盟也隨溫度的增加桉一定的系數(shù)增加。因此，在設(shè)計(jì)選用時(shí)必須查閱相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)，并考慮溫度變化對(duì)其特性的影響。

(4)TVS管在使用中應(yīng)注意的事項(xiàng)。對(duì)瞬變電壓的吸收功率(峰值)與瞬變電壓脈沖寬度間的關(guān)系，相關(guān)書(shū)中給的只是特定脈寬下的吸收功率(峰值)，而實(shí)際線路中的脈沖寬度則變化莫測(cè)，事前要有估計(jì)。對(duì)寬脈沖應(yīng)降額使用。

對(duì)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)，就不會(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。這就有可能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)。

對(duì)重復(fù)出現(xiàn)的瞬變電壓的抑制，尤其值得注意的是TVS管的穩(wěn)態(tài)平均功率是否在安全范圍之內(nèi)。作為半導(dǎo)體器件的TVS管，要注意環(huán)境溫度升高時(shí)的降額使用問(wèn)題。特別要注意TVS管的引線長(zhǎng)短，以及它與被保護(hù)線路的相對(duì)距離。當(dāng)沒(méi)有合適電壓的TVS管供采用時(shí)，允許用多個(gè)TVS管串聯(lián)使用。串聯(lián)管的最大電流決定于所采用管中電流吸收能力最小的一個(gè)。

而峰值吸收功率等于這個(gè)電流與串聯(lián)管電壓之和的乘積。

TVS管的結(jié)電容是影響它在高速線路中使用的關(guān)鍵因素，在這種情況下，一般用一·個(gè)TVS管與一個(gè)快恢復(fù)二極管以背對(duì)背的方式連接，由于快恢復(fù)二極管有較小的結(jié)電容，因而二者串聯(lián)的等效電容也較小，可滿足高頻使用的要求。