一文看懂EMC防護(hù)器件之TVS

TVS(TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR)或稱瞬變電壓抑制二極管是在穩(wěn)壓管工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新產(chǎn)品。其電路符號(hào)和普通穩(wěn)壓二極管相同，外形也與普通二極管無異，當(dāng)TVS管兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時(shí)，它能以極高的速度(最高達(dá)1*10-12秒)使其阻抗驟然降低，同時(shí)吸收一個(gè)大電流，將其兩端間的電壓箝位在一個(gè)預(yù)定的數(shù)值上，從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。

圖1 TVS特性曲線

TVS的特性

如果用圖示儀觀察TVS的特性，就可得到圖1中左圖所示的波形。如果單就這個(gè)曲線來看,TVS管和普通穩(wěn)壓管的擊穿特性沒有什么區(qū)別，為典型的PN結(jié)雪崩器件。

但這條曲線只反映了TVS特性的一個(gè)部分，還必須補(bǔ)充右圖所示的特性曲線，才能反映TVS的全部特性。這是在雙蹤示波器上觀察到的TVS管承受大電流沖擊時(shí)的電流及電壓波形。

圖中曲線1是TVS管中的電流波形，它表示流過TVS管的電流由1mA突然上升到峰值，然后按指數(shù)規(guī)律下降，造成這種電流沖擊的原因可能是雷擊、過壓等。

曲線2是TVS管兩端電壓的波形，它表示TVS中的電流突然上升時(shí)，TVS兩端電壓也隨之上升，但最大只上升到VC值，這個(gè)值比擊穿電壓VBR略大，從而對(duì)后面的電路元件起到保護(hù)作用。

TVS的參數(shù)

圖2 TVS特性及參數(shù)

A. 擊穿電壓(VBR)：TVS在此時(shí)阻抗驟然降低，處于雪崩擊穿狀態(tài)。

B. 測(cè)試電流(IT)：TVS的擊穿電壓VBR在此電流下測(cè)量而得。一般情況下IT取1MA。

C. 反向變位電壓(VRWM)：TVS的最大額定直流工作電壓,當(dāng)TVS兩端電壓繼續(xù)上升，TVS將處于高阻狀態(tài)。

D. 最大反向漏電流(IR)：在工作電壓下測(cè)得的流過TVS的最大電流。

E. 最大峰值脈沖電流(IPP)：TVS允許流過的最大浪涌電流，它反映了TVS的浪涌抑制能力。

F. 最大箝位電壓(VC)：當(dāng)TVS管承受瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，管子中流過大電流，峰值為IPP，端電壓由VRWM值上升到VC值就不再上升了，從而實(shí)現(xiàn)了保護(hù)作用。浪涌過后，隨時(shí)間IPP以指數(shù)形式衰減，當(dāng)衰減到一定值后，TVS兩端電壓由VC開始下降,恢復(fù)原來狀態(tài)。最大箝位電壓VC與擊穿電壓VBR之比稱箝位因子Cf，表示為Cf= VC /VBR，一般箝位因子僅為1.2～1.4。

TVS的選用方法

1.確定待保護(hù)電路的直流電壓或持續(xù)工作電壓。如果是交流電，應(yīng)計(jì)算出最大值，即用有效值*1.414。

2.TVS的反向變位電壓即工作電壓(VRWM)--選擇TVS的VRWM等于或大于上述步驟1所規(guī)定的操作電壓。

這就保證了在正常工作條件下TVS吸收的電流可忽略不計(jì),如果步驟1所規(guī)定的電壓高于TVS的VRWM ,TVS將吸收大量的漏電流而處于雪崩擊穿狀態(tài)，從而影響電路的工作。

3.最大峰值脈沖功率：確定電路的干擾脈沖情況,根據(jù)干擾脈沖的波形、脈沖持續(xù)時(shí)間,確定能夠有效抑制該干擾的TVS峰值脈沖功率。

4.所選TVS的最大箝位電壓(VC)應(yīng)低于被保護(hù)電路所允許的最大承受電壓。