兩項(xiàng)常見電應(yīng)力測試中TVS二極管靜電和浪涌作用

兩項(xiàng)常見的電應(yīng)力測試，靜電和浪涌，本節(jié)開始介紹應(yīng)對這兩項(xiàng)測試的無源保護(hù)器件TVS，有源器件保護(hù)器件請?zhí)D(zhuǎn)查看防護(hù)器件系列。

1.什么是TVS

TVS(Transient Voltage Suppressor)，即瞬態(tài)電壓抑制器，TVS采用先進(jìn)的半導(dǎo)體制程工藝制作，通過調(diào)節(jié)半導(dǎo)體PN結(jié)兩端電壓來啟動保護(hù)，具有導(dǎo)通電壓精準(zhǔn)、啟動速度快、一致性好無老化的優(yōu)點(diǎn)，是專門設(shè)計(jì)用來抑制電路中的過壓保護(hù)器件，它可以將幾KV的靜電電壓和浪涌電壓限制在一個(gè)非常安全的電壓范圍之內(nèi)，從而保護(hù)電路中的敏感組件免受高壓靜電和浪涌的損壞。所以TVS管既可以用來防護(hù)ESD，也可以用來防護(hù)Surge，但是還有一個(gè)細(xì)分品類叫ESD防護(hù)二極管，它專業(yè)用來防護(hù)ESD，但不足以應(yīng)對Surge，在選型TVS管時(shí)，要充分考慮其防護(hù)兩種電應(yīng)力的能力。

2.Zener(齊納)二極管

顯示了典型的齊納二極管I-V曲線，曲線左側(cè)顯示反向偏壓區(qū)域的Zener，只要測試或工作電壓保持在VRWM以下(0V~|VRWM|)，電流會非常小。VRWM是指關(guān)閉狀態(tài)工作電壓，低于該電壓時(shí)，反向泄漏電流小于指定的IRM。當(dāng)電壓升高時(shí)，電流會突然增加，此時(shí)出現(xiàn)雪崩區(qū)，即達(dá)到擊穿電壓VBR。也就是說保護(hù)動作工作在雪崩區(qū)，瞬間的脈沖出現(xiàn)時(shí)，Zener快速反應(yīng)進(jìn)入雪崩區(qū)，吸收一部分能量，并將剩余能量導(dǎo)入GND。

采用電流驅(qū)動型測試設(shè)置，對Zener施加反向電壓直到二極管流過1mA電流，此時(shí)的電壓定義為可擊穿電壓VBR。曲線右側(cè)顯示正向偏壓區(qū)域的Zener，如果電壓超過VF，電流開始快速回升，可將負(fù)浪涌脈沖電壓鉗制到較低值(VF?0.7V)，Zener作為保護(hù)器件時(shí)是單向保護(hù)。

TVS(Transient Voltage Suppressors)二極管，即瞬態(tài)電壓抑制器，又稱雪崩擊穿二極管，是采用半導(dǎo)體工藝制成的單個(gè)PN結(jié)或多個(gè)PN結(jié)集成的器件。TVS二極管有單向與雙向之分，單向TVS二極管一般應(yīng)用于直流供電電路，雙向TVS二極管應(yīng)用于電壓交變的電路。當(dāng)應(yīng)用于直流電路時(shí)，單向TVS二極管反向并聯(lián)于電路中，當(dāng)電路正常工作時(shí)，TVS二極管處于截止?fàn)顟B(tài)(高阻態(tài))，不影響電路正常工作。當(dāng)電路出現(xiàn)異常過電壓并達(dá)到TVS二極管擊穿電壓時(shí)，TVS二極管迅速由高電阻狀態(tài)突變?yōu)榈碗娮锠顟B(tài)，泄放由異常過電壓導(dǎo)致的瞬時(shí)過電流到地，同時(shí)把異常過電壓鉗制在較低的水平，從而保護(hù)后級電路免遭異常過電壓的損壞。當(dāng)異常過電壓消失后，TVS二極管阻值又恢復(fù)為高阻態(tài)。

品牌東沃電子(DOWOSEMI)供應(yīng)的TVS二極管產(chǎn)品從封裝形式可分為10類：1)DO-218AB：SM5S系列、SM6S系列、SM8S系列、SM8SxxCA系列、SM8T系列;2)SMA/DO-214AC：SMAJ系列、P4SMA系列、TPSMAJ系列、SMA6J系列、TPSMA系列、SACA系列;3)SMB/DO-214AA：SMBJ系列、P6SMB系列、TPSMBJ系列、SMB10J系列、SACB系列、1.0SMB系列、TPSMB系列;4)SMC/DO-214AB：1.5SMC系列、SMCJ系列、TPSMCJ系列、SMDJ系列、TPSMDJ系列、5.0SMDJ系列、TP5.0SMDJ系列、TPSMC系列;5)SOD-123：SMF系列、TPSMF系列、SMF4L系列、SMF3.3A系列、SMF3V3A;6)DO-41：P4KE系列;7)DO-15：SA系列、P6KE系列、SAC系列;8)DO-201：1.5KE系列、LCE系列;9)R-6/P600：3KP系列、5KP系列、LDP系列、15KP系列、30KP系列;10)NA：KA系列;

TVS二極管特性特點(diǎn)

? 采用半導(dǎo)體工藝制成，具有很高的可靠性，無損壞極限;? 玻璃鈍化工藝，精準(zhǔn)的導(dǎo)通電壓;? 瞬態(tài)功率大，低電容、低漏電流，箝位電壓易控制;? 快速響應(yīng)時(shí)間：通常小于1.0PS;? 優(yōu)良的鉗位能力，擊穿電壓偏差小;? 電壓精度高，在特殊應(yīng)用場合，通過工藝或參數(shù)篩選可達(dá)到更高的精度;? 體積小，易安裝;? 單向和雙向單元;? 在 10/1000μs波形下瞬態(tài)功率可達(dá)200W-30000W，甚至更高;? 工作電壓范圍3.3V~600V，甚至更高;? 封裝形式多樣化，貼片封裝：SOD-123、SMA(DO-214AC)、SMB(DO-214AA)、SMC(DO-214AB)、DO-218AB等，直插封裝：DO-41、DO-15、DO-201、R-6/P-600等;? 無鹵化，符合RoHS;

TVS二極管選型指南

1)要確定被保護(hù)電路中的最大直流或連續(xù)工作電壓，電路的額定標(biāo)準(zhǔn)電壓和“高端”容限;2)TVS管的額定瞬態(tài)功率要大于電路中可能出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌功率;3)TVS管的截止電壓要大于被保護(hù)電路的最高工作電壓;4)TVS管的最大鉗位電壓要小于后級被保護(hù)電路中的損壞電壓;5)確定好TVS管最大箝位電壓后，其峰值脈沖電流要大于瞬態(tài)浪涌電流;6)對于數(shù)據(jù)接口的電路保護(hù)，還需注意選取具有合適電容的TVS二極管。比如：當(dāng)信號頻率或傳輸速率較高時(shí),應(yīng)選用低電容系列的TVS管;

TVS二極管參數(shù)詳解

TVS二極管選型注意事項(xiàng)1)規(guī)格書手冊給的只是特定脈寬下的吸收功率峰值，而實(shí)際電路中的脈沖寬度是變化不定，心里要有個(gè)數(shù)，對寬脈沖要降額應(yīng)用;2)對于小電流負(fù)載電路的保護(hù)，要有意識地增加限流電阻;3)要注意TVS二極管的穩(wěn)態(tài)平均功率是否在安全范圍之中;4)要考慮溫度變化，正常而言，瞬態(tài)抑制二極管在-55°C到150°C之間工作，電路中溫度比較高的情況下要降額應(yīng)用;5)TVS瞬態(tài)抑制二極管的引線長短，要與被保護(hù)線路相對。6)針對數(shù)據(jù)接口或通信線路中的防護(hù)，要盡可能選取電容值比較小的TVS二極管。7)直流保護(hù)電路大多選單向TVS管，交流保護(hù)電路大多選雙向TVS管、多路保護(hù)電路選TVS陣列器件，大功率保護(hù)電路選專用保護(hù)模塊。8)在使用TVS管過程中，考慮到TVS的離散性，盡量減少串/并數(shù)量。TVS二極管典型應(yīng)用

TVS二極管由于具有極快的響應(yīng)速度，低鉗位電壓，精準(zhǔn)電壓等優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用于對保護(hù)器件要求比較高的場合領(lǐng)域，汽車電子、家電、工業(yè)控制、照明，通信、醫(yī)療等行業(yè)，如DC電源線，RS485接口，通信電源，I/O口等。