TVS管性能及选型总结
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∙TVS管的英文名是TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR,中文名叫瞬变抑制二极管。
它在承受瞬间高能量脉冲时,能在极短的内由原来的高阻抗状态变为低阻抗,并把电压箝制到特定的水平,从而有效的保护用户的设备和元器件不受损坏。
由于其具有箝位电压低、动作时间快等特点;因此比较适合于多级保护电路的末级保护。
此外也能与其它保护元件配合使用,组成专用的防雷装置。
目录∙TVS的参数特性∙TVS的应用∙TVS和其它浪涌保护元件的区别∙TVS的选用方法TVS的参数特性∙1.TVS特性TVS管是典型的PN结雪崩器件,和普通稳压管的击穿特性差不多。
但这条曲线只反映了TVS特性的一个部分,还必须补充下图所示的特性曲线,才能反映TVS的全部特性。
这是在双踪示波器上观察到的TVS管承受大电流冲击时的电流及电压波形。
图中曲线1是TVS管中的电流波形,它表示流过TVS管的电流由1mA突然上升到峰值,然后按指数规律下降,造成这种电流冲击的原因可能是雷击、过压等。
曲线2是TVS 管两端电压的波形,它表示TVS中的电流突然上升时,TVS两端电压也随之上升,但最大只上升到VC值,这个值比击穿电压VBR略大,从而对后面的电路元件起到保护作用。
TVS在电路中和稳压管一样,是反向使用的。
2.参数说明A.击穿电压(VBR):TVS在此时阻抗骤然降低,处于雪崩击穿状态。
B.测试电流(IT):TVS的击穿电压VBR在此电流下测量而得。
一般情况下IT取1mA。
C.反向变位电压(VRWM):TVS的最大额定直流工作电压,当TVS两端电压继续上升,TVS将处于高阻状态。
此参数也可被认为是所保护电路的工作电压。
D.最大反向漏电流(IR):在工作电压下测得的流过TVS的最大电流。
E.最大峰值脉冲电流(IPP):TVS允许流过的最大浪涌电流,它反映了TVS的浪涌抑制能力。
F.最大箝位电压(VC):当TVS管承受瞬态高能量冲击时,管子中流过大电流,峰值为IPP,端电压由VRWM值上升到VC值就不再上升了,从而实现了保护作用。
TVS瞬态电压抑制二极管原理及选型要点瞬态抑制二极管(TVS)又叫钳位型二极管,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,同时把电压钳制在预定水平,其响应时间仅为10-12纳秒,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,并把电压钳制到预定水平, 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。
耐受能力用瓦特(W)表示。
下面以SMBJ22A为例:TVS器件的主要参数详解(1) VRWM :Working peak reverse voltage为了便于选型,此参数对应电路正常工作电压,即电路正常工作电压为22V及以下时,选择VRWM 为22V的管子。
也就是说,VRWM可以大于等于正常工作电压,但为了起到更好的保护目的,不要大得太多,需要综合考虑VBR参数和其他参数。
否则可能当电路输入电压远大于后级被保护电路(如DC-DC 等)的极限损坏电压时,TVS仍不动作,起不到保护作用。
TVS管在这个电压时不工作,但需考虑IR@VRWM指标,指的是在该电压下的静态电流,此电流在电路正常工作时使TVS管发热,造成功耗损失,选型时值越小越好。
(2) 击穿电压VBR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。
此参数有最小值和最大值,代表TVS动作电压区间,SMBJ22A在24.4-28V之间的任意电压工作都是符合要求的,如1个SMBJ22A管子实际动作电压为25V,那么也在这个区间,其输出电压会钳位在25V,而不会高于25V。
TVS管如何选型?今天聊一个面试命中率更高的问题,不信你往下看。
一道面试题照例,先抛出来一道面试题:“TVS管如何选型?”。
这个问题,相信工作3-5年的小伙伴在面试找工作过程中肯定会有遇到过。
反正我自己是被问到过,当时怎么回答的已记不清。
如果是你,你会给出怎样的答案?思考10秒钟。
另外,在实际开发过程中,也会遇到TVS需要新选型的情况。
3种实际情况先不说在面试中这道题如何回答,在项目开发中,我遇到过如下3种情况:第①种情况:以前图纸上(TVS)使用什么型号,我也使用什么型号。
这种属于照抄照搬,拿来主义,不求甚解。
我大概率能想到:假如因为照搬前人图纸出问题,他很可能会说不是他的责任,是前面的人设计错误。
第②种情况:问同事,同事告诉我TVS选哪个型号,我就用哪个型号。
这种属于抱大腿。
如果抱的是真大腿,那算幸运;如果抱的是小胳膊,那估计就踩坑了。
毕竟自己没有区分能力。
第③种情况:把需求发给供应商或者代理。
他们推荐我使用哪个型号,我就用哪个型号。
这种属于甩锅。
把本来该自己解决的问题,甩给了供应商。
当然供应商为了推自己的物料,很乐意接这种任务。
供应商很期望对接的研发属于这种。
此时供应商推的物料是基于自身角度出发,而对项目而言未必是最优的。
这3种情况我都实际遇到过。
虽然最终也没有发生问题,但我认为这3种情况都是不可取的做法,总感觉把主动权拱手他人,任人摆布。
评估5个要素再回到本文讨论的面试题:TVS管该如何选型?其实这道题还是考察答题者对TVS的关键参数的理解是否透彻,是否清楚这些参数分别决定了哪些方面。
我们也无需纠结,搞不清哪些是关键因数。
我们就直接找一个规格书进行讨论。
第①要素是Vrwm,这个是给我们明确TVS的最大反向工作电压,前面有文章说明过,这里不做展开。
需要保证被保护信号的工作电压略小于Vrwm。
定量估算:略小于,可以简单理解为:Vrwm=信号工作电压x(1.1~1.2倍系数)。
第②要素是Vcl,这个是帮助我们判断TVS管的钳位电压是否能和后级电路适配。
TVS二极管选型优恩半导体(UN)在选用TVS二极管时,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=1000W4、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1.5KE15A其中PPR=1500W,关断电压VRWM=12.8V,击穿电压V(BR)=14.3~15.8V,最大箝位电压VC=21.2V,最大浪涌电流IP=1500/21.2=70.7A。