TVS管在應用電路中的詳細設計及特性

引言

瞬態(tài)抑制二極管(Transient Voltage Suppressor, TVS)是一種高效能的電路保護器件，廣泛應用于各類電子設備的保護中。TVS管以其快速的響應速度、強大的瞬態(tài)浪涌吸收能力、低漏電流以及高可靠性等特點，在防雷擊、防過壓、防靜電、吸收浪涌電流等方面表現(xiàn)出色。本文將從TVS管的基本原理、主要特性、設計選型以及在應用電路中的詳細設計等方面進行詳細闡述。

TVS管的基本原理

TVS管，又稱為鉗位型二極管，是在穩(wěn)壓二極管的工藝基礎上發(fā)展起來的。當TVS管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時，它能以皮秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收瞬間大電流，并將兩極間的電壓鉗制在一個預定值，從而有效地保護后端的電子元器件不被損壞。

TVS管的主要特性

1. 響應速度快

TVS管的響應時間可以達到皮秒量級，是限壓型浪涌保護器件中最快的。這一特性使得TVS管在應對快速變化的瞬態(tài)電壓時能夠迅速響應，有效保護電路。

2. 瞬態(tài)浪涌吸收能力大

TVS管能夠吸收高達數千瓦的浪涌功率，其瞬態(tài)沖擊功率可達200W~30KW甚至更高。這使得TVS管在應對雷電、靜電等強瞬態(tài)沖擊時表現(xiàn)出色。

3. 低漏電流

TVS管在正常工作狀態(tài)下漏電流極低，不會對電路的正常工作造成影響。這一特性保證了TVS管在保護電路的同時，不會對電路產生額外的負擔。

4. 擊穿電壓偏差小

TVS管的擊穿電壓偏差小，一般在5%上下，這使得TVS管在選型時更加精確，能夠更好地適應不同電路的需求。

5. 箝位電壓易控制

TVS管的箝位電壓可以通過設計進行精確控制，確保在瞬態(tài)電壓沖擊時，將電壓鉗制在預定值以下，保護后端電路。

6. 體積小、易安裝

TVS管體積小、重量輕，便于在電路中安裝和使用。同時，其高可靠性使得TVS管在惡劣環(huán)境下也能正常工作。

TVS管的選型與設計

1. 確定電路需求

在選型TVS管之前，首先需要明確電路的需求。包括電路的最大工作電壓、可能出現(xiàn)的瞬態(tài)浪涌電壓、浪涌電流等參數。這些參數將直接影響TVS管的選型。

2. 選擇合適的TVS類型

TVS管按極性可分為單極性和雙極性兩種。雙向TVS適用于交流電路，能夠在正反兩個方向吸收瞬時大脈沖功率;單向TVS則適用于直流電路。根據電路的具體需求選擇合適的TVS類型。

3. 確定關鍵參數

在選型過程中，需要重點關注TVS管的幾個關鍵參數：

反向擊穿電壓(VBR)：TVS管反向電擊穿的電壓。在選型時，應確保VBR大于電路可能出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌電壓。

最大鉗位電壓(VC)：TVS管在反向擊穿后，隨著電壓增加到一定值后保持不變的電壓。VC應小于被保護電路的最大允許安全電壓。

最大反向脈沖峰值電流(Ippm)：TVS管在鉗位狀態(tài)下允許通過的最大峰值反向電流。在選型時，應確保Ippm大于電路可能出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌電流。

反向脈沖峰值功率(Pppm)：VC與Ippm的乘積，表示TVS管能承受的最大峰值脈沖功耗。在選型時，應確保Pppm大于電路可能出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌功率。

電容(CPP)：TVS管的寄生電容參數。在高頻電路中，CPP的大小會影響信號的完整性。因此，在高頻電路中應選用低CPP的TVS管。

4. 布置與連接

TVS管通常反向并聯(lián)在電路的電源輸入端或信號線上。當電路正常工作時，TVS管處于高阻狀態(tài)，不影響電路的正常工作;當電路出現(xiàn)異常過電壓時，TVS管迅速由高阻狀態(tài)變?yōu)榈碗娮锠顟B(tài)，泄放瞬時過電流到地，并將電壓鉗制在安全水平之內。

TVS管在應用電路中的詳細設計

直流電源保護

在直流電源電路中，TVS管可用于保護電源輸出端的負載設備。將TVS管反向并聯(lián)在電源輸出端，當電源出現(xiàn)過電壓或浪涌電壓時，TVS管迅速將電壓鉗制在預定值以下，保護負載設備不受損壞。