瞬态电压抑制二极管(TVS)特点及主要参数

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瞬态电压抑制二极管(TVS)特点及主要参数 2009-06-16 14:40
分类:技术资料
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时间:2007-04-09   来源:   作者:   点击
一、  TVS器件的特点
瞬态(瞬变)电压抑制二级管简称TVS器件,在规定的反向应用条件下,当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时,其工作阻抗能立即降至很低的导通值,允许大电流通过,并将电压箝制到预定水平,从而有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏。TVS能承受的瞬时脉冲功率可达上千瓦,其箝位响应时间仅为 1ps(10-12S)。TVS允许的正向浪涌电流在T =25℃,T=10ms条件下,可达50~200A 。
双向TVS可在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率,并把电压箝制到预定水平,双向TVS适用于交流电路,单向TVS一般用于直流电路。
二、TVS器件的电特性
1、单向TVS的V-I特性
如图1-1所示,单向TVS的正向特性与普通稳压二极管相同,反向击穿拐点近似“直角”为硬击穿,为典型的PN结雪崩器件。从击穿点到Vc值所对应的曲线段表明,当有瞬时过压脉冲时,器件的电流急骤增加而反向电压则上升到箝位电压值,并保持在这一水平上。

2、双向TVS的V-I特性
如图1-2所示,双向TVS的V-I特性曲线如同两只单向TVS“背靠背”组合,其正反两个方向都具有相同的雪崩击穿特性和箝位特性,正反两面击穿电压的对称关系为:0.9≤V(BR)(正) /V(BR)(反) ≤1.1,一旦加在它两端的干扰电压超过箝位电压Vc就会立刻被抑制掉,双向TVS在交流回路应用十分方便。
三、TVS器件的主要电参数
1、 击穿电压V(BR)
器件在发生击穿的区域内,在规定的试验电流I(BR) 下,测得器件两端的电压称为击穿电压,在此区域内,二极管成为低阻抗的通路。
2、 最大反向脉冲峰值电流IPP
在反向工作时,在规定的脉冲条件下,器件允许通过的最大脉冲峰值电流。IPP与最大箝位电压Vc(MAX)的乘积,就是瞬态脉冲功率的最大值。
使用时应正确选取TVS,使额定瞬态脉冲功率PPR大于被保护器件或线路可能出现的最大瞬态浪涌功率。

图1-3表明当瞬时脉冲峰值电流出现时,TVS被击穿,并由击穿电压值上升至最大箝位电压值,随着脉冲电流呈指数下降,箝位电压亦下降,恢复到原来状态。因此,TVS能抑制可能出现的脉冲功率的冲击,从而有效地保护电子线路。
峰值电流波形
A、正弦半波
B、矩形波
C 、标准波(指数波形)
D、三角波
TVS峰值电流的试验波形采用标准波(指数波形),由TR/TP决定。
峰值电流上升时间TR:电流从0.1IPP开始达到0.9IPP的时间。
半峰值电流时间TP:电流从零开始通过最大峰值后,下降到0.5IPP值的时间。 其波形如图1-4所示。

下面列出典型试验波形的TR/TP值:
A、EMP波(图1-5):10ns /1000ns     B、闪电波:8μs /20μs     C、标准波:10μs /1000μs
 

3、 最大反向工作电压VRWM(或变位电压)
器件反向工作时,在规定的IR下,器件两端的电压值称为最大反向工作电压VRWM。通常VRWM =(0.8~0.9)V (BR) 。在这个电压下,器件的功率消耗很小。使用时,应使VRWM 不低于被保护器件或线路的正常工作电压。
4、 最大箝位电压Vc(max )
在脉冲峰值电流Ipp 作用下器件两端的最大电压值称为最大箝位电压。使用时,应使Vc(max )不高于被保护器件的最大允许安全电压。最大箝位电压与击穿电压之比称为箝为系数。
即:箝位系数=Vc(max )/V(BR)
一般箝位系数为1.3左右。
最大箝位电压VC(max )的测试方法见4.4。
5、 反向脉冲峰值功率PPR
TVS的PPR取决于脉冲峰值电流IPP和最大箝位电压Vc(max ),除此以外,还和脉冲波形、脉冲时间及环境温度有关。
当脉冲时间Tp一定时,PPR =K1...·K2 ·Vc(max ) ·Ipp
式中K1为功率系数,K2为功率的温度系数。
典型的脉冲持续时间tp为1MS,当施加到瞬态电压抑制二极管上的脉冲时间tp  比标准脉冲时间短时,其脉冲峰值功率将随tp的缩短而增加。图1-8给出了PPR与tp 的关系曲线。TVS的反向脉冲峰值功率PPR与经受浪涌的脉冲波形有关,用功率系数K1表示,各种浪涌波形的K1值如表1所示。
 

E=∫i(t).V(t)dt
式中:i(t)为脉冲电流波形,V(t)为箝位电压波形。
这个额定能量值在极短的时间内对 TVS是不可重复施加的。但是,在实际的应用中,浪涌通常是重复地出现,在这种情况下,即使单个的脉冲能量比TVS器件可承受的脉冲能量要小得多,但若重复施加,这些单个的脉冲能量积累起来,在某些情况下,也会超过TVS器件可承受的脉冲能量。因此,电路设计必须在这点上认真考虑和选用TVS器件,使其在规定的间隔时间内,重复施加脉冲能量的累积不至超过TVS器件的脉冲能量额定值。
6、 电容CPP
TVS的电容由硅片的面积和偏置电压来决定,电容在零偏情况下,随偏置电压的增加,该电容值呈下降趋势。电容的大小会影响TVS器件的响应时间。
7、 漏电流IR
当最大反向工作电压施加到TVS上时,TVS管有一个漏电流IR,当TVS用于高阻抗电路时,这个漏电流是一个重要的参数。