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1、TVSTVS 瞬态干扰抑制器性能与应用瞬态干扰抑制器性能与应用TVS 瞬态干扰抑制器性能与应用作者：山东莱芜钢铁集团公司动力部周志敏摘 要： 本文阐述了电子设备瞬态干扰产生的机理，介绍了 TVS 瞬态干扰抑制器件的工作原理、特性参数及在电子设备中的设计应用。关键词： 瞬态干扰；TVS；设计应用 瞬态干扰瞬态干扰指交流电网上出现的浪涌电压、振铃电压、火花放电等瞬间干扰信号，其特点是作用时间极短，但电压幅度高、瞬态能量大。瞬态干扰会造成控制系统的电源电压的波动；当瞬态电压叠加在控制系统的输入电压上，使输入控制系统的电压超过系统内部器件的极限电压时，便会损坏控制系统内部的设备，因此必须采用抑制措施。
2、 硅瞬变吸收二极管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时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力，及极多的电压档次。可用于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 TVS 管击穿电压落入
3、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。 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
4、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 1012s 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。 TVS 的主要参数?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
5、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。 ?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。 INCLUDEPICTURE “http:/ * MERGEFOR
6、MATINET 图 1 TVS 电压电流特性INCLUDEPICTURE “http:/ * MERGEFORMATINET 图 2 TVS 电压(电流)时间特性?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 1.21.4 之间。 ?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
7、口电路选用 TVS 的重要参数。 ?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。 ?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 110-12s；对双极性 TVS
8、小于 1010-12s。 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。 4TVS 的选用?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。 ?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
9、 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。 ?TVS 的最大反向箝位电压 VC 应小于被保护电路的损坏电压。 ?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
10、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。 ?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。举例说明，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 11.2V25A=280W，平均功率则为峰值
11、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。 ?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。 ?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。 ?温度考虑瞬态电压抑制器可以在55150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到175，大约线性下降 50；击穿电压 VBR 随温度的增加按一定的
12、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。 TVS 管在使用中应注意的事项对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变化莫测，事前要有估计。对宽脉冲应降额使用。 对小电流负载的保护，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，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。降额使用作为半导体器件的 TVS
13、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。 TVS 管的结电容是影响它在高速线路中使用的关键因素，在这种情况下，一般用一个 TVS 管与一个快恢复二极管以背对背的方式连接，由于快恢复二极管有较小的结电容，因而二者串联的等效电容也较小，可满足高频使用的要求。 结语各种电子系统及通信网络等，经常会受到外来的电磁干扰，这些干扰主要来自电源线路的暂态过程、雷击闪电、
14、以及宇宙射电等。这些干扰会使得系统动作失误甚至硬件损坏。对这些问题，要做好全面的预防保护措施，设计选用合适的硅瞬变吸收二极管是解决瞬态干扰的良好方案。但随着电子工业界探索更多地提高效率和增加功能、集成度不断提高的电子产品，设计提供完整的电路保护解决方案，将形成电路保护技术的又一次革命。参考文献1 周志敏.雷电形成与建筑物整体防雷技术.电气世界，2002(3)2 周志敏.浪涌电压抑制器及应用.电源技术应用，2001(11)3 王宁.瞬态电压抑制器的应用.电源技术，2001(5)作者简介：周志敏，男，1985 年毕业于哈尔滨建筑大学(现哈尔滨大学)自动化专业，现为高级工程师，主要从事电力和自动化系统抗干扰技术及管理工作。*JimiSoft: Unregistered Software ONLY Convert Part Of File! Read Help To Know How To Register.*
