TVS的特性參數(shù)最小擊穿電壓VBR和擊穿電流IR

如何識別瞬變抑制二極管

瞬變抑制二極管(TVS)是一種用于保護(hù)電路免受瞬態(tài)電壓干擾的元件。在實(shí)際應(yīng)用中，TVS可能會受到各種因素的影響而失效，因此需要進(jìn)行檢測。下面介紹幾種常見的TVS檢測方法。

1. 靜態(tài)電阻測量法

靜態(tài)電阻測量法是一種簡單有效的TVS檢測方法。將萬用表調(diào)至電阻檔位，將TVS的兩個(gè)引腳分別接在萬用表的兩個(gè)探頭上，測量其電阻值。正常的TVS電阻值應(yīng)該在幾百歐姆到幾千歐姆之間，如果電阻值超出了這個(gè)范圍，說明TVS可能已經(jīng)失效。

2. 電容測量法

電容測量法是一種檢測TVS是否失效的有效方法。將萬用表調(diào)至電容測量檔位，將TVS的兩個(gè)引腳分別接在萬用表的兩個(gè)探頭上，測量其電容值。正常的TVS電容值應(yīng)該在幾十皮法到幾百皮法之間，如果電容值超出了這個(gè)范圍，說明TVS可能已經(jīng)失效。

3. 反向擊穿電壓測量法

反向擊穿電壓測量法是一種檢測TVS是否失效的重要方法。將TVS的兩個(gè)引腳分別接在萬用表的兩個(gè)探頭上，將萬用表調(diào)至電壓測量檔位，將正極接在TVS的負(fù)極上，負(fù)極接在TVS的正極上，逐漸增加電壓，當(dāng)TVS反向擊穿時(shí)，記錄下此時(shí)的電壓值。正常的TVS反向擊穿電壓應(yīng)該在幾十伏到幾百伏之間，如果反向擊穿電壓超出了這個(gè)范圍，說明TVS可能已經(jīng)失效。

4. 脈沖響應(yīng)測量法

脈沖響應(yīng)測量法是一種檢測TVS是否失效的高精度方法。將TVS的兩個(gè)引腳分別接在示波器的兩個(gè)探頭上，將脈沖信號輸入到TVS上，觀察TVS的響應(yīng)情況。正常的TVS應(yīng)該能夠迅速響應(yīng)并將脈沖信號抑制在安全范圍內(nèi)，如果TVS不能迅速響應(yīng)或者不能將脈沖信號抑制在安全范圍內(nèi)，說明TVS可能已經(jīng)失效。

總之，以上幾種方法都可以用來檢測TVS是否失效，但是不同的方法適用于不同的情況，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方法進(jìn)行檢測。

瞬變電壓抑制二極管，又稱瞬變電壓抑制器，簡稱TVS管。響應(yīng)速度快(納秒級)、瞬時(shí)吸收功率大(數(shù)百至數(shù)千瓦)、漏電流小(微安級)、導(dǎo)通電壓精度高、箝位電壓較易控制、體積小等。它對保護(hù)裝置免遭靜電、雷電、操作過電壓、斷路器電弧重燃等各種電磁波干擾十分有效，可有效地抑制共模、差模干擾，是微電子設(shè)備過電壓精細(xì)保護(hù)的首選器件。

瞬態(tài)電壓抑制器(Transient Voltage Suppressor)簡稱TVS，是一種二極管形式的高效能保護(hù)器件。當(dāng)TVS二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，它能以10-12秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預(yù)定值，有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。由于它具有響應(yīng)時(shí)間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、箝位電壓較易控制、無損壞極限、體積小等優(yōu)點(diǎn)。

目前已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通訊設(shè)備、交/直流電源、汽車、電子鎮(zhèn)流器、家用電器、儀器儀表(電度表)、RS232/422/423/485、I/O、LAN、ISDN、ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、數(shù)字照相機(jī)的保護(hù)、共模/差模保護(hù)、RF耦合/IC驅(qū)動接收保護(hù)、電機(jī)電磁波干擾抑制、聲頻/視頻輸入、傳感器/變速器、工控回路、繼電器、接觸器噪音的抑制等各個(gè)領(lǐng)域。具體有以下三大特點(diǎn)：

1、 將TVS二極管加在信號及電源線上，能防止微處理器或單片機(jī)因瞬間的肪沖，如靜電放電效應(yīng)、交流電源之浪涌及開關(guān)電源的噪音所導(dǎo)致的失靈。

2、靜電放電效應(yīng)能釋放超過10000V、60A以上的脈沖，并能持續(xù)10ms;而一般的TTL器件，遇到超過30ms的10V脈沖時(shí)，便會導(dǎo)至損壞。利用TVS二極管，可有效吸收會造成器件損壞的脈沖，并能消除由總線之間開關(guān)所引起的干擾(Crosstalk)。

3、將TVS二極管放置在信號線及接地間，能避免數(shù)據(jù)及控制總線受到不必要的噪音影響。

一、TVS的特性及主要參數(shù)

1、TVS的特性曲線

TVS的電路符號與普通穩(wěn)壓二極管相同。它的正向特性與普通二極管相同;反向特性為典型的PN結(jié)雪崩器件。

在瞬態(tài)峰值脈沖電流作用下，流過TVS的電流，由原來的反向漏電流ID上升到IR時(shí)，其兩極呈現(xiàn)的電壓由額定反向關(guān)斷電壓VWM上升到擊穿電壓VBR，TVS被擊穿。隨著峰值脈沖電流的出現(xiàn)，流過TVS的電流達(dá)到峰值脈沖電流IPP。在其兩極的電壓被箝位到預(yù)定的最大箝位電壓以下。爾后，隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，TVS兩極的電壓也不斷下降，最后恢復(fù)到起始狀態(tài)。這就是TVS抑制可能出現(xiàn)的浪涌脈沖功率，保護(hù)電子元器件的整個(gè)過程。

2、TVS的特性參數(shù)

①最大反向漏電流ID和額定反向關(guān)斷電壓VWM。

VWM是TVS最大連續(xù)工作的直流或脈沖電壓，當(dāng)這個(gè)反向電壓加入TVS的兩極間時(shí)，它處于反向關(guān)斷狀態(tài)，流過它的電流應(yīng)小于或等于其最大反向漏電流ID。

②最小擊穿電壓VBR和擊穿電流IR

VBR是TVS最小的雪崩電壓。25℃時(shí)，在這個(gè)電壓之前，TVS是不導(dǎo)通的。當(dāng)TVS 流過規(guī)定的1mA電流(IR)時(shí)，加入TVS兩極間的電壓為其最小擊穿電壓VBR。按TVS的VBR與標(biāo)準(zhǔn)值的離散程度，可把TVS分為±5%VBR和平共處±10% VBR兩種。對于±5%VBR來說，VWM=0.85VBR;對于±10% VBR來說，VWM=0.81 VBR。

③最大箝拉電壓VC和最大峰值脈沖電流IPP

當(dāng)持續(xù)時(shí)間為20微秒的脈沖峰值電流IPP流過TVS時(shí)，在其兩極間出現(xiàn)的最大峰值電壓為VC。它是串聯(lián)電阻上和因溫度系數(shù)兩者電壓上升的組合。VC 、IPP反映了TVS器件的浪涌抑制能力。VC與VBR之比稱為箝位因子，一般在1.2~1.4之間。

④電容量C

電容量C 是TVS雪崩結(jié)截面決定的、在特定的1MHZ頻率下測得的。C的大小與TVS的電流承受能力成正比，C過大將使信號衰減。因此，C是數(shù)據(jù)接口電路選用TVS的重要參數(shù)。

⑤最大峰值脈沖功耗PM

PM是TVS能承受的最大峰值脈沖耗散功率。其規(guī)定的試驗(yàn)脈沖波形和各種TVS的PM值，請查閱有關(guān)產(chǎn)品手冊。在給定的最大箝位電壓下，功耗PM越大，其浪涌電流的承受能力越大;在給定的功耗PM下，箝位電壓VC越低，其浪涌電流的承受能力越大。另外，峰值脈沖功耗還與脈沖波形、持續(xù)時(shí)間和環(huán)境溫度有關(guān)。而且TVS所能承受的瞬態(tài)脈沖是不重復(fù)的，器件規(guī)定的脈沖重復(fù)頻率(持續(xù)時(shí)間與間歇時(shí)間之比)為0.01%，如果電路內(nèi)出現(xiàn)重復(fù)性脈沖，應(yīng)考慮脈沖功率的“累積”，有可能使TVS損壞。

⑥箝位時(shí)間TC

TC是從零到最小擊穿電壓VBR的時(shí)間。對單極性TVS小于1×10-12秒;對雙極性TVS小于是1×10-11 秒。

二、 TVS二極管的分類

TVS器件可以按極性分為單極性和雙極性兩種，按用途可分為各種電路都適用的通用型器件和特殊電路適用的專用型器件。如：各種交流電壓保護(hù)器、4~200mA電流環(huán)保器、數(shù)據(jù)線保護(hù)器、同軸電纜保護(hù)器、電話機(jī)保護(hù)器等。若按封裝及內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為：軸向引線二極管、雙列直插TVS陣列(適用多線保護(hù))、貼片式、組件式和大功率模塊式等。

三、 TVS的選用技巧

1、確定被保護(hù)電路的最大直流或連續(xù)工作電壓、電路的額定標(biāo)準(zhǔn)電壓和“高端”容限。

2、TVS額定反向關(guān)斷VWM應(yīng)大于或等于被保護(hù)電路的最大工作電壓。若選用的VWM太低，器件可能進(jìn)入雪崩或因反向漏電流太大影響電路的正常工作。串行連接分電壓，并行連接分電流。

3、 TVS的最大箝位電壓VC應(yīng)小于被保護(hù)電路的損壞電壓。

4、在規(guī)定的脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)，TVS的最大峰值脈沖功耗PM必須大于被保護(hù)電路內(nèi)可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率。在確定了最大箝位電壓后，其峰值脈沖電流應(yīng)大于瞬態(tài)浪涌電流。

5、對于數(shù)據(jù)接口電路的保護(hù)，還必須注意選取具有合適電容C的TVS器件。

6、根據(jù)用途選用TVS的極性及封裝結(jié)構(gòu)。交流電路選用雙極性TVS較為合理;多線保護(hù)選用TVS陣列更為有利。

7、溫度考慮。瞬態(tài)電壓抑制器可以在-55~+150℃之間工作。如果需要TVS在一個(gè)變化的溫度 工作，由于其反向漏電流ID是隨增加而增大;功耗隨TVS結(jié)溫增加而下降，從+25℃到+175℃，大約線性下降50%雨擊穿電壓VBR隨溫度的增加按一定的系數(shù)增加。因此，必須查閱有關(guān)產(chǎn)品資料，考慮溫度變化對其特性的影響。

四、TVS與壓敏電阻的比較

目前，國內(nèi)不少需進(jìn)行浪涌保護(hù)的設(shè)備上使用的是壓敏電阻。壓敏電阻是一種金屬化物變阻器。TVS比壓敏電阻的特性優(yōu)越得多，具體特性參數(shù)的比較如下表所示。

靜電、電機(jī)啟動或附近的雷擊產(chǎn)生的電氣瞬變可能會導(dǎo)致電子系統(tǒng)及其元器件損壞。TVS 二極管幾乎能夠瞬間響應(yīng)這些過電壓，并將瞬態(tài)電壓和能量轉(zhuǎn)移到大地，從而保護(hù)系統(tǒng)。如圖所示，Eaton 提供了多個(gè)系列的 TVS 二極管，每個(gè)系列由很多具有不同額定電壓的器件組成，以滿足預(yù)期的瞬態(tài)電壓幅度、最終產(chǎn)品限制和法規(guī)要求，同時(shí)只需幾平方毫米的電路板空間。