防浪涌电路保护.doc

防浪涌电路保护--TVS
电源开发 2008-10-17 12:01:38 阅读332 评论0   字号：大中小 订阅
硅瞬变吸收二极管 ＴＶＳ
 硅瞬变吸收二极管的工作有点象普通的稳压管，是箝位型的干扰吸收器件，其应用是与被保护设备并联使用。硅瞬变电压吸收二极管具有极快的响应速度（亚纳秒级）、相当高的浪涌吸收能力和极多的电压档次。能保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压，以及感应雷所产生的过电压。 
    ＴＶＳ管有单方向（单个二极管）和双方向（两个背对背连接的二极管）两种，它们的主要参数是击穿电压、漏电流和电容。使用中，ＴＶＳ管的击穿电压要比被保护电路工作电压高１０％左右，以防止因线路工作电压接近ＴＶＳ击穿电压，使ＴＶＳ漏电流影响电路正常工作；也避免因环境温度变化导致的ＴＶＳ管击穿电压落入线路正常工作电压的范围。ＴＶＳ管有多种封装形式，如，轴向引线产品可用在电源馈线上，双列直插的和表面贴装的适合于在印刷板上作为逻辑电路、Ｉ／Ｏ总线及数据总线的保护。 
    ３．１ ＴＶＳ的特性                 　 
    ＴＶＳ的电路符号和普通的稳压管相同。其电压－电流特性曲线如图１所示。其正向特性与普通二极管相同，反向特性为典型的ＰＮ结雪崩器件。图２是ＴＶＳ的电流－时间和电压－时间曲线。在浪涌电压的作用下，ＴＶＳ两极间的电压由额定反向关断电压ＶＷＭ上升到击穿电压ＶＢＲ，而被击穿。随着击穿电流的出现，流过ＴＶＳ的电流将达到峰值脉冲电流ＩＰＰ，同时在其两端的电压被箝位到预定的最大箝位电压ＶＣ以下。其后，随着脉冲电流按指数衰减，ＴＶＳ两极间的电压也不断下降，最后恢复到初态，这就是ＴＶＳ抑制可能出现的浪涌脉冲功率，保护电子元器件的过程。当ＴＶＳ两极受到反向高能量冲击时，它能以１０～１２Ｓ级的速度，将其两极间的阻抗由高变低，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电位箝位于预定值，有效地保护电子设备中的元器件免受浪涌脉冲的损害。ＴＶＳ具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压容易控制、体积小等优点，目前已广泛应用于家用电器电子仪表、通讯设备、电源、计算机系统等各个领域。 

   ３．２ ＴＶＳ的主要参数 
    （１）最大反向漏电流ＩＤ和额定反向关断电压ＶＷＭ。ＶＷＭ是ＴＶＳ最大连续工作的直流或脉冲电压，当这个反向电压加于ＴＶＳ的两极间时它处于反向关断状态，流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流ＩＤ； 
     （２）最小击穿电压ＶＢＲ和击穿电流ＩＲ。ＶＢＲ是ＴＶＳ最小的击穿电压。在２５℃时，低于这个电压ＴＶＳ是不会发生雪崩的。当ＴＶＳ流过规定的１ｍＡ电流（ＩＲ）时，加于ＴＶＳ两极的电压为其最小击穿电压ＶＢＲ。按ＴＶＳ的ＶＢＲ与标准值的离散程度，可把ＶＢＲ分为５％和１０％两种。对于５％的ＶＢＲ来说，ＶＷＭ＝０．８５ＶＢＲ；对于１０％的ＶＢＲ来说，ＶＷＭ＝０．８１ＶＢＲ； 
    （３）最大箝位电压ＶＣ和最大峰值脉冲电流ＩＰＰ。当持续时间为２０ｍＳ的脉冲峰值电流ＩＰＰ流过ＴＶＳ时，在其两端出现的最大峰值电压为ＶＣ。ＶＣ、ＩＰＰ反映了ＴＶＳ的浪涌抑制能力。ＶＣ与ＶＢＲ之比称为箝位因子，一般在１．２～１．４之间；
    （４）电容量Ｃ。电容量Ｃ是由ＴＶＳ雪崩结截面决定的，是在特定的１ＭＨｚ频率下测得的。Ｃ的大小与ＴＶＳ的电流承受能力成正比，Ｃ太大将使信号衰减。因此，Ｃ是数据接口电路选用ＴＶＳ的重要参数；
     （５）最大峰值脉冲功耗ＰＭ。ＰＭ是ＴＶＳ能承受的最大峰值脉冲功率耗散值。在给定的最大箝位电压下，功耗ＰＭ越大，其浪涌电流的承受能力越大；在给定的功耗ＰＭ下，箝位电压ＶＣ越低，其浪涌电流的承受能力越大。另外，峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且，ＴＶＳ所能承受的瞬态脉冲是不重复的，器件规定的脉冲重复频率（持续时间与间歇时间之比）为０．０１％。如果电路内出现重复性脉冲，应考虑脉冲功率的累积，有可能损坏ＴＶＳ；
    （６）箝位时间ＴＣ。ＴＣ是从零到最小击穿电压ＶＢＲ的时间。对单极性ＴＶＳ小于１×１０－１２Ｓ；对双极性ＴＶＳ小于１０×１０－１２Ｓ。
    ３．３ ＴＶＳ的分类                   　 
    ＴＶＳ器件按极性可分为单极性和双极性两种；按用途可分为通用型和专用型；按封装和内部结构可分为：轴向引线二极管、双列直插ＴＶＳ阵列、贴片式和大功率模块等。轴向引线的产品峰值功率可以达到４００Ｗ、５００Ｗ、６００Ｗ、１５００Ｗ和５０００Ｗ。其中大功率的产品主要用在电源馈线上，低功率产品主要用在高密度安装的场合。对于高密度安装的场合还可以选择双列直插和表面贴装的封装形式。 
    ３．４ ＴＶＳ的选用 
    （１）确定被保护电路的最大直流或连续工作电压，电路的额定标准电压和最大可承受电压； 
    （２）ＴＶＳ的额定反向关断电压ＶＷＭ应大于或等于被保护电路的最大工作电压。若选用的ＶＷＭ太低，器件可能进入雪崩或因反向漏电流太大影响电路的正常工作； 
    （３）ＴＶＳ的最大反向箝位电压ＶＣ应小于被保护电路的损坏电压 
     （４）在规定的脉冲持续时间内，ＴＶＳ的最大峰值脉冲功率ＰＭ必须大于被保护电路可能出现的峰值脉冲功率。在确定了最大箝位电压后，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。一般，ＴＶＳ的最大峰值脉冲功率是以１０／１０００ｍＳ的非重复脉冲给出的，而实际的脉冲宽度是由脉冲源决定的，当脉冲宽度不同时，其峰值功率也不同。如某６００ＷＴＶＳ，对１０００ｍＳ脉宽最大吸收功率为６００Ｗ，但是对５０ｍＳ脉宽吸收功率就可达到２１００Ｗ，而对１０ｍＳ的脉宽最大吸收功率就只有２００Ｗ了。而且吸收功率还和脉冲波形有关，如果是半个正弦波形式的脉冲，吸收功率就要减到７５％；若是方波形式的脉冲，吸收功率就要减到６６％； 
    （５）平均稳态功率的匹配对于需要承受有规律的、短暂的脉冲群冲击的ＴＶＳ，如应用在继电器、功率开关或电机控制等场合，有必要引入平均稳态功率的概念。例如，在一功率开关电路中会产生１２０Ｈｚ，宽度为４ｍＳ，峰值电流为２５Ａ的脉冲群。选用的ＴＶＳ可以将单个脉冲的电压箝位到１１．２Ｖ。此中平均稳态功率的计算为：脉冲时间间隔等于频率的倒数１／１２０＝０．００８３Ｓ，峰值吸收功率是箝位电压与脉冲电流的乘积１１．２Ｖ×２５Ａ＝２８０Ｗ，平均功率则为峰值功率与脉冲宽度对脉冲间隔比值的乘积，即２８０×（０．０００００４Ｓ／０．００８３Ｓ）＝０．１３４Ｗ。也就是说，选用的ＴＶＳ平均稳态功率必须大于０．１３４Ｗ； 
    （６）对于数据接口电路的保护，还必须注意选取具有合适电容Ｃ的ＴＶＳ器件； 
    （７）根据用途选用ＴＶＳ的极性及封装结构。交流电路选用双极性ＴＶＳ较为合理，多线保护选用ＴＶＳ阵列更为有利； 
     （８）根据温度考虑，瞬态电压抑制器可以在－５５℃～＋１５０℃之间工作。如果需要ＴＶＳ在一个变化的温度下工作，由于其反向漏电流ＩＤ是随温度增加而增大；功耗随ＴＶＳ结温增加而下降，从＋２５～＋１７５℃，大约线性下降５０％；击穿电压ＶＢＲ随温度的增加按一定的系数增加。因此，必须查阅有关产品资料，考虑温度变化对其特性的影响。 
    ３．５ ＴＶＳ管在使用中应注意的事项 
    对于瞬变电压的吸收功率（峰值）与瞬变电压脉冲宽度间的关系，手册给的只是特定脉宽下的吸收功率（峰值），而实际线路中的脉冲宽度则是变化莫测的，技术人员事前要有估计，对宽脉冲应降额使用。 
    对于小电流负载的保护方面，可有意识地在线路中增加限流电阻，只要限流电阻的阻值适当，就不会影响线路的正常工作，但限流电阻对干扰所产生的电流却会大大减小。这就有可能选用峰值功率较小的ＴＶＳ管来对小电流负载线路进行保护。 
    对重复出现的瞬变电压的抑制，尤其值得注意的是ＴＶＳ管的稳态平均功率是否在安全范围之内。 
    ３．６ 降额使用 
     作为半导体器件的ＴＶＳ管，要注意环境温度升高时的降额使用问题。特别要注意ＴＶＳ管的引线长短以及它与被保护线路的相对距离。当没有合适电压的ＴＶＳ管供采用时，允许用多个ＴＶＳ管串联使用。串联管的最大电流决定于所采用管中电流吸收能力最小的一个。而峰值吸收功率等于这个电流与串联管电压之和的乘积.

  瞬态抑制二极管(TVS，硅瞬变电压吸收二极管，Silicon Transient Voltage Suppressor)。
        用于并联于电源正负极，防止过大的反向电压对负载电路的冲击。起到保护电路的作用。
        当其两极受到反向瞬态高能量冲击时，器件迅速导通（以10～12ns量级的速度将两极间的高阻抗变为低阻抗），吸收高达数千瓦的浪涌功率。导通后阻抗很小，它的钳位电压很平坦，很接近工作电压。
        此管在直流电源输入电路的入口处安装是有双重作用，一是吸收浪涌电压，达到防雷的作用，二是与输入熔丝（保险丝）一起构成反极性输入保护的作用.
        TVS有单向和双向两种，1.5KE200A是单向的，1.5KE200CA就是双向的。
        1.5KE200A   1500W 功率 200V 击穿电压 A 单向。