瞬态抑制二极管 瞬态抑制二极管(tvs)又叫箝位型二极管,是目前国际上普遍使用的一种高效能电路保护器件,它的外型与普通二极管相同,但却能吸收高达数千瓦的浪涌功率。 它的主要特点是在反向应用条件下,当承受一个高能量的大脉冲时,其工作阻抗立即降至极低的导通值,从而允许大电流通过,同时把电压箝制在预定水平,其响应时间仅为10-12毫秒,因此可有效地保护电子线路中的精密元器件。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。可用于防雷击、防过电压、抗干扰、吸收浪涌功率等,是一种理想的保护器件。 tvs器件的电特性 1) 单向tvs的v-i特性如图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,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。 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。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4所示。 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1.2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=k1k2vc(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5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

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