瞬态抑制二极管工作原理及选型应用.doc
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SpecialistofOvervoltageProtector
瞬态抑制二极管工作原理及选型应用
Socay(Sylvia)
1、产品简述
瞬态电压抑制器(TransientVoltageSuppressor)简称TVS管,TVS管的电气特性是由P-N结面积、掺杂浓度及晶片阻质决定的。
其耐突波电流的能力与其P-N结面积成正比。
TVS广泛应用于半导体及敏感器件的保护,通常用于二级电源和信号电路的保护,以及防静电等。
其特点为反应速度快(为ps级),体积小,脉冲功率较大,箝位电压低等。
其10/1000μs波脉冲功率从400W~30KW,脉冲峰值电流从0.52A~544A;击穿电压有从6.8V~550V的系列值,便于各种不同电压的电路使用。
2、工作原理
器件并联于电路中,当电路正常工作时,它处于截止状态(高阻态),不影响线路正常工作,当电路出现异常过压并达到其击穿电压时,它迅速由高阻态变为低阻态,给瞬间电流提供低阻抗导通路径,同时把异常高压箝制在一个安全水平之内,从而保护被保护IC或线路;当异常过压消失,其恢复至高阻态,电路正常工作。
3、特性曲线
4、主要特性参数
①反向断态电压(截止电压)VRWM与反向漏电流IR:
反向断态电压(截止电压)VRWM表示TVS管不导通的最高电压,在这个电压下只有很小的反向漏电流IR。
②击穿电压VBR:
TVS管通过规定的测试电流IT时的电压,这是表示TVS管导通的标志电压(P4SMA、P6SMB、1.5SMC、P4KE、P6KE、1.5KE系列型号中的数字就是击穿电压的标称值,其它系列的数字是反向断态电压值)。
TVS管的击穿电压有±5%的误差范围(不带“A”的为±10%)。
③脉冲峰值电流IPP:
TVS管允许通过的10/1000μs波的最大峰值电流(8/20μs波的峰值电流约为其5倍左右),超过这个电流值就可能造成永久性损坏。
在同一个系列中,击穿电压越高的管子允许通过的峰值电流越小。
④最大箝位电压VC:
TVS管流过脉冲峰值电流IPP时两端所呈现的电压。
⑤脉冲峰值功率Pm:
脉冲峰值功率Pm是指10/1000μs波的脉冲峰值电流IPP与最大箝位电压VC的乘积,即Pm=IPP*VC。
5、命名规则
6、封装及分类
贴片型:
①DO-214AC/SMA:
SMAJ(400W)P4SMA(400W)
②DO-214AA/SMB:
SMBJ(600W)P6SMB(600W)
③DO-214AB/SMC:
SMCJ(1.5KW)SMDJ(3KW)1.5SMC(1.5KW)5.0SMDJ(5KW)
引线型:
①DO-201AL/DO-41:
P4KE(400W)
②DO-204AC/DO-15:
P6KE(600W)SA(500W)SAC(500W,50pF,±10%)
③DO-201AE:
1.5KE(1.5KW)LCE(1.5KW,100pF)
④P600:
3KP(3KW)5KP(5KW)15KPA(KW)20KPA(20KW)30KPA(30KW)
它的封装形式有贴片型与轴向引线型两大类。
备注:
①红色字体的系列表示其命名中后面的数值表示击穿电压,其他系列表示的是截止电压。
②蓝色字体是TVS管的两个低电容系列,括号内表示其瞬态功率及电容值,其中SAC系列中的±10%表示其截止电压的精度,其他系列的都为±5%。
7、产品特点
优点:
①响应速度特别快(为ps级)
②击穿电压有从6.8V~550V的系列
③钳制电压比较准确
缺点:
①结电容比较大(十几pF~几百nF)
②通流量小(0.52~544A)
8、选型与应用
①TVS管使用时,一般并联在被保护电路上。
为了限制流过TVS管的电流不超过管子允许通过的峰值电流IPP,应在线路上串联限流元件,如电阻、自恢复保险丝、电感等。
②击穿电压VBR的选择:
TVS管的击穿电压应根据线路最高工作电压UM按公式:
VBRmin≥1.2UM或VRWM≥1.1UM选择。
交流:
UM=1.414Uac,如,对于220V的交流电,其UM=1.414*220=311(V);直流:
UM=Udc
使用指导:
①脉冲峰值电流IPP和最大箝位电压VC的选择:
当TVS管单独使用时,要根据线路上可能出现的最大浪涌电流来选择IPP合适的型号。
当TVS管作为第二级保护时,一般用500W~600W的就可以了。
要注意的是,此时的最大箝位电压VC应不大于被保护设备所能耐受的最大浪涌电压(安全电压)。
②用于信号传输电路保护时,一定要注意所传输信号的频率或传输速率。
信号频率(传输速率)≥10MHz(Mb/s)时,Cj应≤60pF;信号频率(传输速率)≥100MHz(Mb/s)时,Cj应≤20pF。
当信号频率或传输速率较高时,应选用低电容系列的管子。
当低电容系列仍满足不了要求时,就应把TVS管接到快速恢复二极管组成的桥路中,以降低总的等效电容,提高传输信号频率。
如下图所示的电路,最高传输频率可达20MHz以上。
•TVS1对整个电路(包括变压器)进行保护。
•TVS2对其后的电路(除变压器外的整个电路)提供高度的保护。
由于变压器的物理性质有如一个大的串联电阻,当受到浪涌冲击时,断路的机会很少。
•TVS3对负载提供全面的保护。
在此采用的是成本较低的单极TVS二极管。
若电路中只采用TVS3,电桥因没有TVS的保护,电桥应采用较高电压及电流比值的器件,以防止损坏。
深圳市硕凯电子有限公司
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