一文看懂EMC防护器件之TVS

2024-01-19

  TVS(TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR)或称瞬变电压抑制二极管是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品。其电路符号和普通稳压二极管相同,外形也与普通二极管无异,当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时,它能以极高的速度(达1*10-12秒)使其阻抗骤然降低,同时吸收一个大电流,将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上,从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。

  

一文看懂EMC防护器件之TVS (https://ic.work/) 电源管理 第1张

  图1 TVS特性曲线

  TVS的特性

  如果用图示仪观察TVS的特性,就可得到图1中左图所示的波形。如果单就这个曲线来看,TVS管和普通稳压管的击穿特性没有什么区别,为典型的PN结雪崩器件。

  但这条曲线只反映了TVS特性的一个部分,还必须补充右图所示的特性曲线,才能反映TVS的全部特性。这是在双踪示波器上观察到的TVS管承受大电流冲击时的电流及电压波形。

  图中曲线1是TVS管中的电流波形,它表示流过TVS管的电流由1mA突然上升到峰值,然后按指数规律下降,造成这种电流冲击的原因可能是雷击、过压等。

  曲线2是TVS管两端电压的波形,它表示TVS中的电流突然上升时,TVS两端电压也随之上升,但只上升到VC值,这个值比击穿电压VBR略大,从而对后面的电路元件起到保护作用。

  

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  TVS的参数

  图2 TVS特性及参数

  A. 击穿电压(VBR):TVS在此时阻抗骤然降低,处于雪崩击穿状态。

  B. 测试电流(IT):TVS的击穿电压VBR在此电流下测量而得。一般情况下IT取1MA。

  C. 反向变位电压(VRWM):TVS的额定直流工作电压,当TVS两端电压继续上升,TVS将处于高阻状态。

  D. 反向漏电流(IR):在工作电压下测得的流过TVS的电流。

  E. 峰值脉冲电流(IPP):TVS允许流过的浪涌电流,它反映了TVS的浪涌抑制能力。

  F. 箝位电压(VC):当TVS管承受瞬态高能量冲击时,管子中流过大电流,峰值为IPP,端电压由VRWM值上升到VC值就不再上升了,从而实现了保护作用。浪涌过后,随时间IPP以指数形式衰减,当衰减到一定值后,TVS两端电压由VC开始下降,恢复原来状态。箝位电压VC与击穿电压VBR之比称箝位因子Cf,表示为Cf= VC /VBR,一般箝位因子仅为1.2~1.4。

  TVS的选用方法

  1.确定待保护电路的直流电压或持续工作电压。如果是交流电,应计算出值,即用有效值*1.414。

  2.TVS的反向变位电压即工作电压(VRWM)–选择TVS的VRWM等于或大于上述步骤1所规定的操作电压。

  这就保证了在正常工作条件下TVS吸收的电流可忽略不计,如果步骤1所规定的电压高于TVS的VRWM ,TVS将吸收大量的漏电流而处于雪崩击穿状态,从而影响电路的工作。

  3.峰值脉冲功率:确定电路的干扰脉冲情况,根据干扰脉冲的波形、脉冲持续时间,确定能够有效抑制该干扰的TVS峰值脉冲功率。

  4.所选TVS的箝位电压(VC)应低于被保护电路所允许的承受电压。

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