瞬态抑制二极管.docx
《瞬态抑制二极管.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《瞬态抑制二极管.docx（26页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
瞬态抑制二极管
瞬态抑制二极管
求助编辑百科名片
瞬态二极管
瞬态二极管（TransientVoltageSuppressor）简称TVS，是一种二极管形式的高效能保护器件。
当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。
目录
瞬态二极管
1.瞬态抑制二极管主要的型号
三大特点
TVS的特性及主要参数
TVS二极管的分类
TVS的选用技巧
TVS与压敏电阻的比较
瞬态二极管
1.瞬态抑制二极管主要的型号
三大特点
TVS的特性及主要参数
TVS二极管的分类
TVS的选用技巧
TVS与压敏电阻的比较
展开
编辑本段瞬态二极管
瞬态抑制二极管
由于它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流
低、击穿电压偏差、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。
目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、交/直流电源、汽车、电子镇流
器、家用电器、仪器仪表（电度表）、RS232/422/423/485、I/O、LAN、ISDN、
ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、数字照相机的保护、共模/差模保护、
RF耦合/IC驱动接收保护、电机电磁波干扰抑制、声频/视频输入、传感器/变速
器、工控回路、继电器、接触器噪音的抑制等各个领域。
瞬态抑制二极管主要的型号
瞬态抑制二极管主要的型号有；XESD12VT23-3，IC网络超市自主品牌。
性价比很强。
XESD12VT23-3是抑制瞬变电压双向阵列,旨在保护的组分,被连接到数据和传输线路,防静电放电（简称ESD）、电气快瞬变（EFT）,和闪电。
所有销子分为能够承受20kv采用IEC61000-4-2防静电脉冲接触排放的方法。
特点；
1、500瓦峰脉冲电源的60%8/20μs）,
2、低夹紧电压
3、保护一个双向或两个单向线
4、工作电压伏,8V:
3V,,12伏,15伏特
5、ESD保护>40千伏下
6、符合；
61000-4-2（简称ESD）:
Air-15kVContact-8kV,
40A-5/50ns61000-4-4（EFT）:
61000-4-5（浪涌）:
24A8/20⎧s
编辑本段三大特点
1、将TVS二极管加在信号及电源线上，能防止微处理器或单片机因瞬间的
脉冲，如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。
2、静电放电效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲，并能持续10ms；而
一般的TTL器件，遇到超过30ms的10V脉冲时，便会导至损坏。
利用TVS二极
管，可有效吸收会造成器件损坏的脉冲，并能消除由总线之间开关所引起的干扰
（Crosstalk）。
3、将TVS二极管放置在信号线及接地间，能避免数据及控制总线受到不必
要的噪音影响。
编辑本段TVS的特性及主要参数
1、TVS的特性曲线
TVS的电路符号与普通稳压二极管相同。
它的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。
在瞬态峰值脉冲电流作用下，流过TVS的电流，由原来的反向漏电流ID上
升到IR时，其两极呈现的电压由额定反向关断电压VWM上升到击穿电压VBR，
TVS被击穿。
随着峰值脉冲电流的出现，流过TVS的电流达到峰值脉冲电流IPP。
在其两极的电压被箝位到预定的最大箝位电压以下。
尔后，随着脉冲电流按指数
衰减，TVS两极的电压也不断下降，最后恢复到起始状态。
这就是TVS抑制可能
出现的浪涌脉冲功率，保护电子元器件的整个过程。
2、TVS的特性参数
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，当这个反向电压加入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最小的雪崩电压。
25℃时，在这个电压之前，TVS是不导通的。
当TVS流过规定的1mA电流（IR）时，加入TVS两极间的电压为其最击穿电
压VBR。
按TVS的VBR与标准值的离散程度，可把TVS分为±5%VBR和平共处±
10%VBR两种。
对于±5%VBR来说，VWM=0.85VBR；对于±10%VBR来说，VWM=0.81
VBR。
③最大箝拉电压VC和最大峰值脉冲电流IPP
当持续时间为20微秒的脉冲峰值电流IPP流过TVS时，在其两极间出现的
最大峰值电压为VC。
它是串联电阻上和因温度系数两者电压上升的组合。
VC、
IPP反映TVS器件的浪涌抑制能力。
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TVS雪崩结截面决定的、在特定的1MHZ频率下测得的。
C的大
与TVS的电流承受能力成正比，C过大将使信号衰减。
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耗散功率。
其规定的试验脉冲波形和各种
TVS的PM值，请查阅有关产品手册。
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”，有可能使TVS损坏。
⑥箝位时间TC
TC是TVS两端电压从零到最小击穿电压VBR的时间。
对单极性TVS于1×10-12秒；对
双极性TVS于是1×10-11秒。
编辑本段TVS二极管的分类
TVS器件可以按极性分为单极性和双极性两种，按用途可分为各种电路都适
用的通用型器件和特殊电路适用的专用型器件。
如：
各种交流电压保护器、
4~200mA电流环保器、数据线保护器、同轴电缆保护器、电话机保护器等。
若按
封装及内部结构可分为：
轴向引线二极管、双列直插TVS阵列（适用多线保护）、
贴片式、组件式和大功率模块式等。
编辑本段TVS的选用技巧
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“高
端”容限。
2、TVS额定反向关断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。
串
行连接分电压，并行连接分电流。
3、TVS的最大箝位电压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的最大峰值脉冲功耗PM必须大于被保护
电路内可能出现的峰值脉冲功率。
在确定最大箝位电压后，其峰值脉冲电流应
大于瞬态浪涌电流。
5、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。
6、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。
7、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
在一个变化的温度工作，由于其反向漏电流ID是随增加而增大；功耗随TVS
结温增加而下降，从+25℃到+175℃，大约线性下降50％雨击穿电压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。
编辑本段TVS与压敏电阻的比较
目前，国内不少需进行浪涌保护的设备上使用的是压敏电阻。
压敏电阻是一种金属化物变阻器。
TVS比压敏电阻的特性优越得多，具体特性参数的比较如下表所示。
关键参数或极限值：
TVS压敏电阻
反应速度10-12s5×10-8
有否化现象否有
最高使用温度175℃115℃
元件极性单极性与双极单极性
反向漏电流典型值5μA200μA
箝位因子≤1.5≥7~8
（VC/VBR）
密封性质密封不透气透气
价格较贵便宜
瞬态二极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。
瞬态电压抑制二极管应用指南
第一章TVS器件的特点、电特性和主要电参数
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TA＝250C，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。
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。
下面列出典型试验波形的TR/TP值：
A、EMP波:
10ns/1000nsB、闪电波：
8μs/20μsC、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。
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。
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
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。
第二章TVS选用原则
在选用TVS时，必须考虑电路的具体条件，一般应遵循以下原则：
一、大箝位电压VC（MAX）不大于电路的最大允许安全电压。
二、最大反向工作电压（变位电压）VRWM不低于电路的最大工作电压，一般可以选VRWM等于或略高于电路最大工作电压。
三、额定的最大脉冲功率，必须大于电路中出现的最大瞬态浪涌功率。
下面是TVS在电路应用中的典型例子：
TVS用于交流电路：
见图2-1，这是一个双向TVS在交流电路中的应用，可以有效地抑制电网带来的过载脉冲，从而起到保护整流桥及负载中所有元器件的作用。
TVS的箝位电压不大于电路的最大允许电压。
图2-2所示，是用单向TVS并联于整流管旁侧，以保护整流管不被瞬时脉冲击穿，选用TVS必须是和整流管相匹配。
图2-3所示电路中，单向TVS1和TVS2反接并联于电源变压器输出端或选用一个双向TVS，用以保护整流电路及负载中的元器件。
TVS3保护整流以后的线路元件，如电源变压器输出端电压为36伏时一般TVS1和TVS2的工作电压VR应根据36×来选择，其它参数依据电路中的具体条件而下。
TVS用于直流电路，图2-4所示TVS并联于输出端，可有效地保护控制系统。
TVS的反向工作电压应等于或略高于直流供电电压，其它参数根据电路的具体条件而定。
图2-5所示为两个单向TVS连接在电源线路中，用以防止直流电源反接或电源通、断时产生的瞬时脉冲使集成电路损坏。
当电路连接有感性负载，如电机、断电器线圈、螺线管时，会产生很高的瞬时脉冲电压。
图2-6中的TVS可以保护晶体管及逻辑电路，从而省去了较复杂的电阻/电容保护网络。
图2-7电路中TVS起保护和电压限制的作用。
直流电中选用举例：
整机直流工作电压12V，最大允许安全电压25V（峰值），浪涌源的阻抗50MΩ，其干扰波形为方波，TP=1MS，最大峰值电流50A。
选择：
1、先从工作电压12V选取最大反向工作电压VRWM为13V，则击穿电压V（BR）==15.3V；
2、从击穿电压值选取最大箝位电压VC（MAX）=1.30×V（BR）=19.89V，取VC=20V；
3、再从箝位电压VC和最在峰值电流IP计算出方波脉冲功率：
PPR=VC×IP=20×50=1000W
4、计算折合为TP=1MS指数波的峰值功率，折合系数K1=1.4，PPR=1000W÷1.4=715W
从手册中可查到1N6147A其中PPR=1500W，变位电压VRWM=12.2V，击穿电压V（BR）=15.2V，最大箝位电压VC=22.3V，最大浪涌电流IP=67.3A。
可满足上述设计要求，而且留有一倍的余量，不论方波还是指数波都适用。
交流电路应用举例：
直流线路采用单向瞬变电压抑制二极管，交流则必须采用双向瞬变电压抑制二极管。
交流是电网电压，这里产生的瞬变电压是随机的，有时还遇到雷击（雷电感应产生的瞬变电压）所以很难定量估算出瞬时脉冲功率PPR。
但是对最大反向工作电压必须有正确的选取。
一般原则
是交流电压乘1.4倍来选取TVS管的最大反向工作电压。
直流电压则按1.1—1.2倍来选取TVS管的最在反向工作电压VRWM。
图2-8给出了一个微机电源采用TVS作线路保护的原理图，由图可见：
1、在进线的220V~处加TVS管抑制220V~交流电网中尖峰干扰。
2、在变压器进线加上干扰滤波器，滤除小尖峰干扰。
3、在变压输出端V~=20V处又加上TVS管，再一次抑制干扰。
4、到了直流10V输出时还加上TVS管抑制干扰。
其中：
双向TVS管D1的VRWM=220V~×1.4=308V左右
双向TVS管D2的VRWM=20V~×1.4=28V左右
单向TVS管D3的VRWM=10V~×1.2=12V左右
经过如上四次抑制，变成所谓的“净化电源”，还可以加上其它措施，更有效地抑制干扰，防止干扰进入计算机的CPU及存贮器中，从而提高微机系统的应用可靠性。
从失效统计概率可知：
微机系统产生100次故障，其中90次来自电源，10次是微机本身，可见电源的可靠性最重要，要提高整机可靠性，首先应提高电源的可靠性。
第三章TVS应用实例
TVS在美国应用十分广泛，特别是在军事电子装备中非常重视，美国军标不但出牌了不少TVS器件的标准，同时在线路应用方面也有军标，如MIL-HDBK-978B《宇航用电子元器件手册》中第4.8节为“双极型瞬变电压抑制器”，文中列出不少TVS的应用实例。
MIL-HDBK-338B《电子设备可靠性手册》中第7.4.4节为“瞬态和过应力保护”，文中也谈到了TVS的应用。
TVS在国内的应用，正处于推广应用的阶段，为了加深电路设计人员对TVS的认识，提高国产整机的可靠性，现将上述两个美国军标中译出的部分资料整理成文，推荐给广大电路设计人员参考使用。
一、TVS在微机中的应用实例
一个典型的微机系统，通过电源线、输入线、输出线进入的各种干扰或瞬变电压，可能使微机误动作出故障，特别是来自开关电源，微机近旁的电动机的开与关、交流电源电压的浪涌和瞬变、静电放电等场合都可能使系统产生误动作，严重时还可能损坏器件。
将瞬变电压抑制二极管接到微机的电源线输入和输出线上，可防止瞬变电压进入“微机”总线，加强微机对外界干扰的抵抗能力，保证微机正常工作，提高其应用可靠性。
，使用TVS管的量是很多的。
二、TVS管保护开关电源实例
对开关电源设计师来讲，必须对影响开头电源的三种瞬变类型进行保护：
1、由负载变化引起的瞬变电压（电感负载）；
2、由电源线引入的瞬变电压；
3、由开关电源内部发生的瞬变电压。
由于电源中需要保护的典型元器件有：
1、高反压开关晶体管（VMOS管）
2、高压整流器（高压流整流二极管）
3、输出整流器（输出大电流整流二极管）
4、内部控制电路（脉宽调制器等）
典型开关电源中应用TVS的实例，由图可见共有八个TVS管，各自保护自已的对象，当然八个TVS管的特性也不同，从“击穿电压”、“最大脉冲峰值功率”、“脉冲峰值电流”到“箝位电压”等都有区别。
美国HP公司某仪器使用的开关电源，从图中可以看到该电源中所有瞬变电压抑制二极管的数量及情况。
国外应用TVS是非常普遍的，而且数量也是很多的，可见TVS对提高整机应用可靠性是至关重要的。
三、TVS保护直流稳压电源实例
一个直流稳压电源，并有扩大电流输出的晶体管，在其稳压输出端加上瞬变电压抑制二极管，可以保护使用该电源的仪器设备，同时还可以吸收电路中晶体管的集电极到发射极间的峰值电压，保护晶体管。
建设在每个稳压源输出端增加一个TVS管，可大幅度提高整机应用可靠性。
四、TVS保护晶体管实例
各种瞬变电压能使晶体管EB结或CE结击穿而损坏，特别是晶体管集电极有电感性（线圈、变压器、电动机）负载时，会产生高压反电势，往往使晶体管损坏。
建设采用TVS管作为保护器。
五、TVS保护集成电路实例
由于集成电路集成度越来越高，其耐压越来越低，容易受到瞬变电压的冲击而损坏，必须采取保护措施。
例如CMOS电路在其输入端及输出端都有保护网路，为了更可靠起见，在各整机对外接口处还增加各种保护网络。
六、TVS保护可控硅实例
可控硅可能误触发导致误动作，可控硅控制极电流不能太大，电压不能过高，必须采用各种保护措施。
七、TVS保护继电器实例
继电器有驱动线圈，当用大功率晶体管驱动时，应采取保护措施，如图5所示。
有时也采用图8所示方法来抑制线圈中的高压反电势保护晶体管，哪个方案更好应根据实际情况决定。
图中二极管允许的电源应比晶体管的工作电流大一倍左右，例如继电器线圈的最大电流IA，则二极管额定电流选2-3A左右，耐压则应大于电源电压的2倍左右，例如电源电压27V，则二极管耐压应为60V以上。
继电器的触点往往用大电流去开关电动机等大电流电感负载，而电感在开关时有很高的反电势，而
升级会员 