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揭開限壓器件穩壓管和TVS管之間究竟有何不同?

 

  電子系統的應用當中,電壓及電流的瞬態干擾會經常造成電子裝置的損壞,瞬態干擾的顯著特點是作用時間極短,但電壓幅度高、瞬態能量大,所以破壞性很大。為了防止這種破壞,TVS管得到了廣泛的應用,TVS(TransientVoltageSuppressor)是一種在穩壓管工藝基礎上發展起來的一高效能的電路保護器件,瞬態抑制二極體的電路符號和普通穩壓二極體相同,外形也與普通二極體無異,當TVS管兩端經受瞬間的高能量衝擊時,它能以極高的速度(最高達1*10-12秒)使其阻抗驟然降低,同時吸收一個大電流,將其兩端間的電壓箝位在一個預定的數值上,從而確保後面的電路元件免受瞬態高能量的衝擊而損壞。我們在一些精密電子裝置中經常可以看到TVS管作為ESD防護的主要手段之一。

        

  作為二者的共同點,它們都可以用來穩壓,並且都工作在反向截止狀態下,其正向特性與普通二極體相同,反向特性為典型的PN接面雪崩器件。但是TVS管齊納擊穿電流更小,大於10V的穩壓只有1mA,相對來說齊納二極體擊穿電流要大不少,但是齊納二極體穩壓精度可以做的比較高。而且TVS管強調的是瞬態響應,所以其時間引數就很重要了,也就是說穩壓二極體的響應時間通常要比TVS管的慢。同時TVS管的功率較大,而穩壓管的功率較小。

       

  其次,從概念上理解,TVS管主要是防止瞬間大電壓的影響,最終可以達到穩壓的目的,這與穩壓管的作用是有區別的。

  穩壓管和TVS管的應用

  (1)浪湧保護電路:穩壓管在準確的電壓下擊穿,這就使得它可作為限制或保護元件電壓來使用,因為各種電壓的穩壓二極體都可以得到,故對於這種應用特別適宜。

        

  (2)電視機裡的過壓保護電路:EC是電視機主供電壓,當EC電壓過高時,D1導通,三極體BG導通,其集電極電位將由原來的高電平(5V)變為低電平,通過待機控制線的控制使電視機進入待機保護狀態。

        

  (3)電弧抑制電路:在電感線圈、繼電器上並聯接入一隻合適的穩壓二極體(也可接入一隻普通二極體,原理一樣)的話,當線圈在導通狀態切斷時,由於其電磁能釋放所產生的高壓會被二極體所吸收,所以當開關斷開時,開關的電弧也就被消除了。這個應用電路在工業上用得比較多,如一些較大功率的電磁吸控制電路就用到它。

         

  (4)串聯型穩壓電路:在此電路中,串聯穩壓管的基極被穩壓二極體D1鉗定在13V,那麼其發射極就輸出恆定的12V電壓了。這個電路在很多場合下都有應用。

  TVS管的選型及需考慮的因素

  TVS管器件按極性可分為單極性和雙極性兩種;按用途可分為通用型和專用型;按封裝和內部結構可分為軸向引線二極體、雙列直插TVS陣列、貼片式和大功率模組等。軸向引線的產品峰值功率可達40W、500W、600W、1500W和5000W。其中大功率的產品主要用在電源饋線上,低功率產品主要用在高密度安裝場合。對於高密度安裝的場合,也可以選擇雙列直插和表面貼裝等封裝形式。

  在選用TVS管時,應考慮以下幾個主要因素:

  (1)若TVS管有可能承受來自兩個方向的尖峰脈衝電壓(浪湧電壓)衝擊時,應當選用雙極性的,否則可選用單極性。

         

  (2)所選用TVS管的VC值應低於被保護元件的最高電壓。VC是二極體在截止狀態的電壓,也就是在ESD衝擊狀態時通過TVS的電壓,它不能大於被保護迴路的可承受極限電壓,否則器件面臨被損壞的危險。

         

  (3)TVS管在正常工作狀態下不要處於擊穿狀態,最好處於VR以下,應綜合考慮VR和VC兩方面的要求來選擇適當的TVS。

  (4)如果知道比較準確的浪湧電流IPP,則可利用VC*IPP來確定功率;如果無法確定IPP的大致範圍,則選用功率大些的TVS為好。PM是TVS能承受的最大峰值脈衝功率耗散值。在給定的最大箝位電壓下,功耗PM越大,其浪湧電流的承受能力越大;在給定的功耗PM下,箝位電壓VC越低,其浪湧電流的承受能力越大。另外,峰值脈衝功耗還與脈衝波形、持續時間和環境溫度有關。

         

  (5)TVS管所能承受的瞬態脈衝是不重複的,器件規定的脈衝重複頻率(持續時間與間歇時間之比)為0.01%。如果電路內出現重複性脈衝,應考慮脈衝功率的累積,不然有可能損壞TVS。

         

  (6)對於小電流負載的保護,可有意識地線上路中增加限流電阻,只要限流電阻的阻值適當,一般不會影響線路的正常工作,但限流電阻對干擾所產生的電流卻會大大減小。但此時可以選用峰值功率較小的TVS管來對小電流負載線路進行保護。

  (7)電容量C是由TVS管雪崩結截面決定的,這是在特定的1MHz頻率下測得的。C的大小與TVS管的電流承受能力成正比,C太大將使訊號衰減。因此,C是資料介面電路選用TVS管的重要引數。對於資料/訊號頻率越高的迴路,二極體的電容對電路的干擾越大,形成噪聲或衰減訊號強度也大,因此,需要根據迴路的特性來決定所選器件的電容範圍。高頻迴路一般選擇電容應儘量小(如LCTVS、低電容TVS,電容不大於3pF),而對電容要求不高的迴路,電容的容量選擇可高於40pF。

  (8)為了滿足IEC61000-4-2國際標準,TVS管必須達到可以處理最小8kV(接觸)和15kV(空氣)的ESD衝擊,有的半導體生產廠商在自己的產品上使用了更高的抗衝擊標準。而對於某些有特殊要求的便攜裝置應用,設計者可以按需要挑選!