TVS 使用指导书

TVS 使用指导书目录 概述. （1） 电气特性和主要参数（2） 额定脉冲功率和标准脉冲曲线.（4） 选用原则（9） 应用范围及举例.（. 10） 一般应用和接法.（10） 保护开关电源.（11） 保护集成电路.（12） 保护可控硅（13）保护场效应管（13） 保护继电器.（14） 保护微型计算机.（15） 保护交流线路.（16） 保护电信系统.（17） 对雷击防护作用.（18） 结束语.（18）TVS 使用指导书概述对于任何电子系统，电压或电流的瞬间浪涌都可能合其失效和损坏。每年全世界由此造 成的损失均达数十亿至数佰亿美元。电子系统的保护器件在元器件生产和应用中都具有十分 重要的地位。意外的电浪涌可能来自电子系统的内部或外部，常见的如电源的开关操作，电 感 负 载 的 通 断 ， 交 流 线 路 的 波 动 ， 雷 击 感 应 电 涌 静 电 放 电 等 等 。 TVS （TRANSLENT VOLTAGE SUPPRESSOR）即是为抑制各种形式的电源涌而专门设计的高效能的 电保护器件。当它承载瞬态高能量脉冲时，极速由原来的高阻抗变为低阻抗，“吸收”掉意 外电浪涌，并把电压箝制到安全水平从而有效地保护电子系统中的元器件不受损坏oTVS所 能承受的瞬时脉冲电压峰值可达数千伏；瞬时脉冲电流峰值可达数安培至数百安培。其箝位 响应时间仅为10-12秒，作为保护器件，固体TVS与早先的气体放电管及压敏电阻（MOV） 相比较，显著的特点是，箝位因子小、响应时间快，承载浪涌能力高。使用寿命长（无老化 “磨损”问题），以及体积小、无噪声、价格低等等。目前， TVS 已广泛应用于家用电器、 电子仪器、精密设备、自动控制、计算机、数据传输和邮电通讯系统等。实践证明，安装有 电保护器件 TVS 的电子系统，大大提高了安全性和可靠性。电气特性和主要参数TVS提供的单向和双向两种类型，可方便地应用于直流和交流电路，单向TVS的正向特 性与一般二极管无异，反向特性呈典型的雪崩型；双向 TVS 则两个方向的特性曲线相同，均 显示典型的雪崩型。下图是一双向 TVS 的 V-I 曲线图：特性曲线显示，当承受一个高能量的瞬时电脉冲时， TVS 立即从变位电压附近的高阻抗 降低到一个很低的导通值，允许大电流通过，同时把电压箝制到予定的水平，从而把瞬时电 脉冲“吸收”掉。其响应时间理论比可达 10-12 秒。而箝位因子*仅为 1.21.4。*所谓箝位因子，即是箝位电压和击穿电压的比值，由式Cf=V/V表示。它的意义在于，CB 电压超过击穿，立即受控被箝制到安全的水平。为电路提供可靠性保障，箝位因子下，表明 受控能力好，而MOV的箝位因子要大得当，比如180VM0V的Cf=2.65，即箝拉电压达430V, 显然，对于一些精密的电子系统MOV是不适用的。主要参数含义.反向击穿电压（V）B直流 IT 条件下，测得的反向电压值即从此点开发器件进入雪崩击穿。测试电流（I）T在此点规定器件的反向击穿电压值。. 反向变位电压（ I ）R对应于I的反向电压值，它大约为反向击穿电压的85%。R.最大反向漏电流（I ）R对应于 V 的所允许的最大反向漏电流。R.最大箝位电压（V/在规定的脉冲时间tr/tp=10/1000以内，承受最大峰值脉冲电流Ipp时，加在器件上的最 大电压值。在规定的脉冲时间tr/tp=10/1000以内，器件所允许通过的最大峰值脉冲电流。额定脉冲功率和标准脉冲曲线主要参数V、Ipp反映了 TVS器件的浪涌抑制能力，当TVS承受额定的瞬时峰脉冲电流 I时，可能加在器件上的瞬时最大电压值即最大箝位电压值为Vc,则瞬时脉冲功率由下式 pp决定：P = /V I dtP（ t ）（ t ）如果脉冲时间为规定的标准值，由TVS的最大峰值脉冲功率为：P=V 1m C PP规定的标准脉冲波形如图2所示，该波形为典型的EXP波，脉冲时间为tr/ =10/是脉冲tp1000 str电流从零上升至峰值I的时间；t为脉冲电流自峰值下降至1/2I时所需的时间。PPpPPTVS 承受额定的最大峰值脉冲电流 IPP 时在双踪 G 示波器上，用特殊取样方法观察到的特性 曲线如图3所示。图示表明，当瞬时峰值脉冲电流出现时，TVS被击穿，并由击穿电压立即 上升至规定的箝拉电压值，且稳定在该箝位电压水平。随着脉冲电流呈指数下降和逐渐消失， 器件可自然恢复到初始状态。显然，在标准脉冲波形下，一旦P确定那么随着使用的V愈低，则允许通过的I就愈MCPP大；反之亦然。在实际应用中，可能遇到许多和非标准的电脉冲干扰，情况比较复杂。因此，电路设计 者必须考虑到，脉冲波开，脉冲时间，脉冲重复率及结温等，与最大峰值脉冲功率的关系。对于不同的脉冲波形，额定最大峰值脉冲功率应由式：P=KV1决定，其中K称之MC PP为功率系数。图4给出了几种典型的波形的K值。显然，波形类型对最大峰值脉冲功率有 效大影响。因此，对电子系统中可能出现的电脉冲的波形类型，应有一定的了解，以使估算 出所需的最大峰值脉冲功率。脉冲时间（脉宽）的不同，将显着地影响的最大峰值脉冲功率，参数规范表中给予出的 最大峰值脉冲功率都是在标准脉冲时间tr/ =10/条件的额定值。如果脉冲时间的大于标tp1000“ str准规定（lms）时，最大峰值脉冲功率将降低；反之，则可承受比额定值更高的峰值脉冲功 率。图5显示了 TVS500W. 1500W两种样品的PM随脉冲时间的变化。我世IISfI .IKh閭4；兀艸甜唱邂厢的k in并伸4+ 吋坤餐i K-)(tp1!ICXIrrhin 5:KM ht-iiCJkkRL(m最大峰值脉冲功率随结温升高的降额曲线如图6 所示。图示表明，随着结温的升高，最 大峰值脉冲功率呈线性下降。当结温接近175C时，最大峰值脉冲功率可能降到原额定值 的 50%左右。同时，结温还会影响到反向击穿电压。关于这点，参数规范表中已给出了 VB 的温度系数请参阅。此外， TVS 一般适用于单脉冲或脉冲重复率很低的情形。规定的脉冲重复率（脉冲时间 与间歇时间之比）为 0.01%。如大于该重复率，最大峰值脉冲功率将会降低，极端的情形， 有可能热积累而烧毁。选用原则TVS 作为电子系统的保护器件，正确的选用是很重要的。首先应了解电子系统的工作条 件及可能发生的意外的电浪涌的性质，然后按照以下的原则选用适合的TVS器件：1、反向变位电压（V ）应等于或略高于电路的正常工作电压。这样可以确保不因TVS的接R入而影响电路的正常工作，注意，在交流电路中，交流工作电压需乘1.4 倍取其峰值来确定 应选用的变位电压。2、反向击穿电压（V）不小于电路的最大允许工作电压。如果的最大允许工作电压下，TVSB进入击穿状态。将使电路中的漏电流增大，而影响电路的正常工作。3、最大箝位电压（兀）必须小于电路的最大允许安全电压。即在最大箝位电压下，不会损 坏电路中的任何元器件。4、最大峰值脉冲功率（P ）必须大于电路内部或外部可能出现的峰值脉冲功率：M电路设计者最好对可能出现的意外的电脉冲的性质有所了解。比如，脉冲的来源，脉冲的小 型，脉冲的幅度和时间等。应用范围及举例1、一般应用和接法TVS 在电路中的一般应用如下列各图所示。 TVS 通常是并联于被保护电路中，但亦可串联应 用，以增加最大峰值脉冲功率，或提高反向击穿电压。应注意TVS和二级管并联时，反向击 穿电压值必须相匹配；自身串联应用时，电参数必须一致性好，此外，两支型号，参数相同（单向）TVS还可以背对背相接，作为双向TVS应用。im 叭 run itm 71 Jiitr倚；扩ih n ； iinv a hi盹忱门如J；2、保护开关电源在典型的开关电源电路中，由于电源线路、感性负载等可能经常出现高能量的瞬变电 涌，造成开关电源误功作，甚至使其元器件损坏。为了提高开关电源的稳定性和可靠性，必 加入保护器件，下图表明的是用TVS保护开关电源的典型线路图。3、保护集成电路集成电路广泛应用于电子系统中，功能强大的集成电路，集成度极高，但抗过压能力差。 由静电放电（ESD）、电极反接或电源开关操作引起的瞬变电压，很容易造成其失效，外部 接口必须要有保护网络。以下各图给出了用TVS保护几种集成电路的方法：C阳131 FH忡攥收Miifr傑护：TjO VDTi4 、保护可控硅可控硅(SCR)的触发回路如出现瞬变电涌，就可能造成误触发，导致可控硅的错误功能 作面失控。因此，要求触发回路必须精确控制，过压和过流是不允许的。下图显示的是TVS 对可控硅的保护措施。5、保护场效应管(MOSFET)通常引起MOSFET失效的主要原因是漏极一源极间电压VDS过高，电感负载的通断即可 使用得MOSFET的VDS超过击穿电压向损坏，为此，对大功率MOSFET必须采取保护措施。6、保护继电器当继电器用大功率品体管驱动时，继电器的驱动线圈会发生很高的反电势，有可能使大 功率晶体管击穿；此外，继电器触点通断时，时常有大电流通过，可能在触点处产生电弧 造成接触不良。因此，使用继电器时，必须采取适当的保护措施，传统的方法常用的二极管 与电阻串联或阻容串联来解决，效果并不好。实践证明，使用双向的TVS保护继电器是最佳 的方法。图 16 表明了 TVSC 保护继电器的方法。7 、保护微型计算机在微型系统的数据传输线路上，可能会出现各种瞬变电涌干扰，特别是静电放电(ESD), 交流电源瞬变，或近旁仪器的干扰。为使微机系统稳定的工作，确保其可靠性，必须采取适 当的保护措施。在微机的数据传输线路上和接口部分，使用小功率的表面安装型的TVS来进 行保护，可获得良好的效果。此外，为防止雷击感应电压，使联网的微机系统损坏，也使用 TVS防雷。图17.18表明的是TVS用作微机系统传输线路和接口部分的保护。.lhl | 17, jH1i bift忆岫论岸再tui打H k t Hir ns HL JCif8 、保护交流线路这里介绍一种将TVS和MOV结合使用保护交流线路的方法，该方法是用MOV和 一个两级保护网络。利用MOV的承载大电流能力和TVS的快速响应能力的各自优点 的保护交流线路。此方法如图19 所示。TVS 组成，来有效9、 保护电信系统这里介绍的方法是将TVS和MOV及气体放电管（GAS TUBE）结合使用来保护电信系统, GAS TUBE 的优点是，具有处理大电流的能力，很低的电容和极高的绝缘电阻。我们可以用 XGAS TUBE,MOV 和 TVS 组成一个三级保护网络,以确保电信系统安全可靠,该方法如图 20 所示。10、 对雷击的防护作用雷击产生的强大的感应电涌是具有破坏力的,一些精密的仪器设备,如铁路自动控制系 统，程控交换机，ISDN, FAX，特别是网络上的计算机都可能在传输电缆中因雷击感应高压 而使其元器件损坏,而失去正常的工作能力。因此,在许多电子系统中,防护雷击是至关重 要的。把TVS接入系统中可以有效地防止雷击造成的损坏，已为实事所证明。结束语电子产品的安全性和可靠性，是所有生产厂家和用户共同追求的目标。现代电子产品必 须有相应的电保护措施，才能算是完善的产品。过去使用的保险管之类，虽然可以防止过流 损坏产品，但会使正常工作中断；而气体放电管和压敏电阻，由于性能上的缺陷，对于许多 比较精密的仪器设备，电子系统是不适用的。新型的固体 TVS 是最理想的电保护器件，它不 仅简化了保护电路，而且大大提高了电子系统的安全性和可靠性。 TVS 作为一种高效能的电 保护器件，已经在各个领域被普遍采用，包括国内外的军工和航天产品。这里不可能一一列 举。本导书的目的，是为了用户提供一个简明的手册，以便对于TVS的特性和应用有更好的 了解。