TVS二极管的主要参数及应用.docx

TVS二极管的主要参数及应用目录?TVS二极管介绍1?TVS二极管工作原理与器件特点23.TVS二极管的主要参数33.1.最小击穿电压VBR33.2.额定反向工作电压VWM33.3.反向脉冲峰值电流IPP33. 4.钳位电压VC44. 5.峰值脉冲功率PPP45. 6.结电容CO46. 7.反向漏电流ID57. 分析68. 应用65. 1.综述6?TVS在电源线路的应用9?TVS在信号线路的应用9关键字：TVS二极管；主要参数；应用TVS(TransientVoltageSUPPreSSorS)二极管，是在齐纳二极管工艺基础上发明的一种新型高效电路保护元器件，亦称TVS管、瞬态电压抑制二极管、瞬变抑制二极管、瞬态电压抑制器、雪崩击穿二极管等，有单向和双向之分。当TVS二极管的两端经受瞬间高能量冲击时，它以PS秒级的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护后面的精密元器件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。硅瞬变电压吸收二极管具有极快的响应速度（小于InS）和比较高的浪涌电流吸收能力，可用于保护设备或电路，甚至集成电路、MOS器件、混合电路和其地对电压敏感的半导体器件免受静电、电感性负载切换以及感应雷击等所产生的瞬变过电压。硅瞬变电压吸收二极管有多种封装方式（有表面贴装、普通二极管封装等等），可满足不同场合的需要（如其中有一款16脚双列直插封装的硅瞬变电压吸收二极管列阵包含了多达812对对地连接的二极管，特别适合于对数字设备数据线及I/O线的保护）。TVS二极管工作原理与器件特点硅瞬变电压吸收二极管与常用的半导体稳压二极管工作原理一样，都具有限压功能，但后者常被用在调节稳态电压和小电流箝位中，没有特别强调对付暂态脉冲的吸收。硅瞬变电压吸收二极管则是专门用在抑制暂态过电压，与稳压管相比，它有着更为优越的保护特性，为此硅瞬变电压吸收二极管有如下特点：有较大的结面积，使通流能力较强。管内有特殊材料(铝或鸨)制成的散热片，故散热条件较好，有利于管子吸收较大的暂态功率。由于结面积增大了，管子的寄生电容也就相应增大，其值达到几百甚至数千pF,使它在高频下使用受到限制。3.TVS二极管的主要参数主要参数有击穿电压、最大箝位电压、峰值脉冲吸收功率和结电容等。3. 1.最小击穿电压VBR最小击穿电压VBR(min)。在规定的恒流测试电流IT下，所测得的管子两端最小电压。击穿电压VBR等于1mA的测试电流通过TVS时，TVS两极的电压值。VBR根据其与标准值的离散程度分为两种：VBR(5%)与VBR(10%)o3.2. 额定反向工作电压VWM额定直流持续工作电压VWM。在额定的工作温度内，只要外施电压不超过此值，硅瞬变电压吸收二极管绝对不会转为导通或微通状态。实用中所选器件的这一参数必须大于或等于被保护线路的最大工作电压。TVS反向工作时，在规定的IR条件下，TVS两极的电压值称为额定反向工作电压VWM.一般情况，VWM=(0.80.9)VBR,离散度为5%的TVS,VWM=O.85VBR(5%);离散度为10%的TVS,VWM=0.81VBR(10%)oVWM值的选择要适中，VWM值既要大于等于US(持续工作电压)，又要与US值相接近，选择太大或太小都不能安全可靠保护电路。顺向压降VF。只有单极性器件有此数据。一般以额定的正弦波电流通过半个周波时的压降表示，VF<3,5V03.3.反向脉冲峰值电流IPP峰值脉冲电流IPP。测试管子特性所使用的10/100OUS峰值电流波。TVS反向工作时，在规定的脉冲条件下，TVS允许通过的峰值脉冲电流称为反向脉冲峰值电流，峰值脉冲电流IPP应大于电路瞬态浪涌电流。h皿 (VDRM)经值脉冲电流（IPP ）钳位电压结电容不影喻信号电路通信根据设计选择合适封装的SS件浪涌涌试金大 峰值脉冲电流椒保护电路的 安全脉冲耐压值破保护线路的大工作电压漏电流ID。在管子两端施逆向电压VWM时，所测到的管子通过电流。测试电流IT。用来测试管子反向击穿电压的直流恒流电流，在多数情况下的IT为ImAo3.4.钳位电压VC最大箝位电压VC。指管子通过额定峰值10/100OUS电流波时，在管子两端出现的峰值电压的最大值。当脉冲峰值电流IPP流过TVS时，其两极的峰值电压为钳位电压。VC为TVS的电压保护水平，是选用TVS十分关键的参数，应小于被保护电路耐压水平UW,否则TVS将失去保护作用。TVS钳位系数等于VCVBR,钳位系数取值一般在1.21.4范围内。3.5.峰值脉冲功率PPP峰值脉冲功率PPP值。在额定的10/100OUS峰值电流波下，管子两端的最大箝位电压与管子通过电流峰值的乘积。峰值脉冲功率等于TVS允许通过的峰值脉冲电流IPP与箝位电压VC的乘积。PPP值与脉冲波形、脉冲时间及环境温度有关。在应用中要根据电路的特性和工作环境确定电路预期瞬态浪涌电流及可能出现的瞬态浪涌脉冲功率，峰值脉冲功率Ppp应考虑20%的安全裕量，据此确定TVS额定脉冲功率Pppm.额定脉冲功率应大于被保护器件或线路可能出现的峰值脉冲功率。同时，电路设计必须认真考虑重复施加脉冲能量的累积，其能量不应超过TVS器件的脉冲能量额定值。3.6.结电容CO结电容co。结电容由硅瞬变电压吸收二极管的结面积决定。并在特定的偏置电压及特定的频率（通常是IMHZ）下测得。TVS的电容量由其芯片的面积和偏置电压来确定，其偏置电压与电容值C成反比。在应用中要根据电路持性选择合适的电容范围，电容大会使信号损失,对信号起调制作用，引起干扰。3.7.反向漏电流ID当额定反向工作电压VWM加于TVS两极时，TVS处于反向关断状态，流过TVS的电流称为反向漏电流，ID值应小于或等于其反向漏电流。常用的硅瞬变电压吸收二极管有500W、600W、1.5kW>5kW和15kW（指峰值脉冲功率）等多种规格。如下图举例相关的电气特性为例，以便熟悉这种器件的特点，详见下附表所示。型号演定直流持续电压VWM（V）击穿电压VBR最大漏电流(VumH)Ih(UA)觊最大箝位电压Vr（V）最大峰值脉冲电流WA）VBR的最笺温度系数（n7C）结电容COmin(V)max(V)(11A)0¼K(PF)额定电压（PF）P15KE6.85.506.127.4810100010.81395.085002500P1.5KE6.8A5.806.457.1410100010.51435.0PI5KE7.56.056.758.251050011.71285.0P15KE7.56.407.137.881050011.31325.01.5KE8.26.637.389.021020012.51206.0750019001.SKE8.2A7.027.798.611020012.11246.01.5KE9.17.378.1910.015013.81097.0L5KE9.1A7.788.659.5515013.41127.01.5KE108.109.011.011015.01008.0550012001.5KEIOA8.559510.5I1014.51038.01.5KE18.929.912.11516.2939.01.5KEllA9.4010.511.61515.6969.0上工工号后路“1.5KE”系列硅瞬变电压吸收二极管的最大额定参数如下：25时的峰值脉冲功率达到1.5kWo25时的稳态功率为5W（引线长度3/8"）o响应时间（从OV至VBRmin）<lns;对双向硅瞬变电压吸收二极管，VIoPs。重复率（占空比）为0.01%。25时顺向浪涌电流的额定值为200A（60Hz交流电，半个周波）。工作与贮存温度为-65°C+125。下面两图给出了该系列器件峰值脉冲功率与脉冲宽度之间的关系;引线温度与额定功率降额使用之间的关系。««»* ./Ol110，8，000100000»50»，0/一-工路脓冲特装时同（1重复波形HMTL引戊U旗匕4 .分析根据可能出现的暂态过电压极性选用单向极性管或是双向极性管。管子的最大箝位电压应低于被保护电子元件或设备的耐受水平。应估计管子在抑制暂态过电压时可能吸收的最大功率，并按此来选择管子的脉冲功率。只是不同的波形要通过峰值脉冲功率一脉冲宽度曲线来合理选择。前述表格中所给参数都是在25时作出的，随环境温度变化，吸收功率的值应降额使用，可参考降额曲线来确定降额的程度。表格中IPP时的最大箝压电压与击穿电压的关系相当于氧化物压敏电阻中残余电压与压敏电压之间的关系。根据表中数据可以计算得出两者之比大约在1.31.6之间，比压敏电阻的残压比要小得多，这表明硅瞬变电压吸收二极管有一定动态电阻，但比压敏电阻要小得多，限压要精确得多。所以硅瞬变电压吸收二极管常用在精密限压中;或用在组合式保护器的最后一级（靠近设备的这一级）。5 .应用5.1 .综述与其他瞬变干扰吸收器件（气体放电管、压敏电阻和固体放电管）相比，硅瞬变电压吸收二极管的吸收能力相对较弱，价格相对较贵。基于这情况，对小电流负载可在保护电路适当串联一个电阻，限制流入二极管的浪涌电流，以便采用峰值吸收功率小的二极管来替代功率较大的二极管，从而降低保护成本。前提是增加的电阻要不影响被保护电路的工作。图中给出了这种情况的说明。原先用5kW硅瞬变电压吸收二极管处理的a线路，现由于在b线路串入一个25。的电阻，使二极管的吸收电流要减至a线路的1/13.5(电源线路的浪诵试验发生器内阻为2。)，因此b线路只要用500W的二极管就足够了。而附加电阻由于静态功率消耗甚少，可以用一个额定功率为3W的线绕电阻来担当(理论上可以用额定功率更小的金属膜或碳膜电阻来担当，但这些电阻的抗冲击能力较弱对于雷击，同一地点不可能高速重复出况;但是对于同一电路中的功率开关、继电器以及电机的控制，硅瞬变电压吸收二极管就可能遭受短时间、但是重复出现的瞬态过电压。针对后一种情况，在二极管里要引入平均功率的概念。通过计算短暂脉冲的宽度及脉冲的占空比来确定吸收脉冲的平均功率，要求此值小于二极管额定的稳态功率。图示为驱动电动机时在绕组中感应出来的一系列频率为120Hz、宽度为4us、峰值电流为25A的脉冲。在此例中选用表面贴装的硅瞬变电压吸收二极管，箝位至11.2Vo这样，二极管的峰值脉冲吸收功率为PP=11.2VX25A=280W二极管的平均吸收功率为PaVg=280W×(4×10-6)s/(l120)s=0.134W一个实际选出的二极管应当同时满足上述两个条件。硅瞬变电压吸收二极管在高速传输电路上使用时，要特别注意它的结电容带来的有害作用。从附表3可以看到，低电压硅瞬变电压吸收二极管有着相应大的结电容，用在信号传输电路上，会造成信号的畸变。作为改进措施，可在硅瞬变电压吸收二极管支路中串联一个高速二极管。因为高速二极管有较小的结电容，二个相互串联的电容的等效电容为C1C2(C1+C2),所以等效电容取决于电容量小的这个电容。下页的表格是部分高速二极管的特性参数。下图给出几例采用串联高速二极管降低硅瞬变电压吸收二极管结电容影响的方案。高速二极管的特性参数型号最大反峰电压(V)最大顺向平均电流（八）正弦波顺向峰值电流(半周波)（八）顺向压降(LOABt)(V)额定反压的最大反向电流(25'C时)(UA)大向复间S)最反恢时(n型电KF)其结容(P工作温度(eC)心存温度(eC)ERlOI501.0301.25.015015-65+125-65+150ER20I2.0605.030ER3013.015010.060ER6016.020010.0100FR1021001.0301.25.01501565+125-65+150IR2022.0605.030IR3023.015010.0601R6026.020010.0100IR1032001.0301.25.015015-65+125-65+150国诏TFR2032.0605.030FR3033.015010.060ER6036.020010.0100IM148750.150.5(Is)5.044硅瞬变电压吸收二极管的最高限是电压不超过440V,表面贴装的硅瞬变电压吸收二极管还不超过170V。当将这些硅瞬变电压吸收二极管串联起来就可获得更高限压。只是等效管的最大吸收电流取决于电流最低的这一个管子。顺便指出，硅瞬变电压吸收二极管一般不宜通过并联方法来提高管子电流，因为在实用中难于找到几个特性完全一致的管子。这样，经常是一个管子过载(甚至是严重过载)、另一个欠载，但最终落得一个两败俱伤的结果。硅瞬变电压吸收二极管的工作特性与一压敏电阻很相似，与气体放电管的应用也有相通之处。因此前两种器件的使用注意事项在硅瞬变电压吸收二极管中也有类同之处，如：引线要短；尽量安装在瞬变电压发生处；为避免电磁耦合，附近应没有信号线和电源线经过。TVS二极管凭借PS级响应速度、大瞬态功率、低漏电流和电容、箝位电压易控制、击穿电压偏差小、可靠性高、体积小、安装方便等优势，广泛应用于敏感电子零件过压保护中，在汽车电子、消费类电子、工业设备、家用电器、通讯设备等领域均能看到TVS二极管的身影。?.2.TVS在电源线路的应用直流电源的防雷电路使用瞬态抑制二极管(TVS)时，一般还需要与压敏电阻、气体放电管GDT等通流容量大的器件配合使用。压敏电阻MoV属于高能量保护器件。该电路采用二级防护，巧妙的利用电感L做电路延时，达到防护器件分级启动的目的。当浪涌来临时，电感L会使浪涌波头产生延迟。利用这个延迟，可以保证TVS先启动，把电压钳位到合理范围，而不至于损坏后续电路。因为压敏电阻的响应时间较TVS长，它这时才启动，将大能量脉冲泄放到地。在正常情况下，这样一个两级相互配合的电路，能够起到很好的保护效果。?.3.TVS在信号线路的应用vs二极管不仅可以用于电源系统的浪涌防护，还可以用于信号线路的浪涌保护，采用气体放电管GDT与TVS管组合成信号浪涌保护装置，其特点是反应快，漏流小，几乎对信号无损耗，可以对高速网络线路提供安全、可靠的保护，如下图所示。5 Rs-U深圳浪拓(LangTUO)电子提供TVS(瞬态抑制二极管)产品，保护低电压电路不会受到因静电放电、雷闪以及其它毁灭性瞬间电压所造成的损坏或锁定。我们的产品具有低限制电压、低电容和低泄漏电流等特性。同时，我们的产品符合业界苛刻的瞬变免疫标准，包括IEC、BelICorel089和FCCPart68中的相关标准。