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稳压管和TVS二极管的概述与应用

来源: 2017-08-14 发布时间:2017-08-14 15:26:41 浏览量:

稳压二极管(又叫齐纳二极管)它的电路符号是:此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很少的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用.其伏安特性稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压. 

TVS二极管(Transient Voltage Suppresser瞬态电压抑制器)

TVS二极管是普遍使用的一种新型高效电路保护器件,它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时,TVS二极管能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗,以吸收一个瞬间大电流,从而把它的两端电压箝制在一个预定的数值上,从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。正因为如此,TVS二极管可用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压[4],以及感应雷所产生的过电压。

TVS二极管和稳压二极管一样,也是反向应用的。其中VR称为最大转折电压,是反向击穿之前的临界电压。VB是击穿电压,其对应的反向电流IT一般取值为1 mA。VC是最大箝位电压,当TVS二极管管中流过的峰值电流为IPP的大电流时,管子两端电压就不再上升了。因此TVS二极管管能够始终把被保护的器件或设备的端口电压限制在VB~VC的有效区内。与稳压管不同的是,IPP的数值可达数百安培,而箝位响应时间仅为1×10-12s。TVS二极管的最大允许脉冲功率为PM=VCIPP,且在给定最大钳位电压下,功耗PM越大,其浪涌电流的承受能力越大。

 稳压管和TVS二极管的作用

稳压管的应用: 

1、浪涌保护电路:稳压管在准确的电压下击穿,这就使得它可作为限制或保护之元件来使用,因为各种电压的稳压二极管都可以得到,故对于这种应用特别适宜.图中的稳压二极管D是作为过压保护器件.只要电源电压VS超过二极管的稳压值D就导通,使继电器J吸合负载RL就与电源分开.

2、电视机里的过压保护电路:EC是电视机主供电压,当EC电压过高时,D导通,三极管BG导通,其集电极电位将由原来的高电平(5V)变为低电平,通过待机控制线的控制使电视机进入待机保护状态.

3、电弧抑制电路:在电感线圈上并联接入一只合适的稳压二极管(也可接入一只普通二极管原理一样)的话,当线圈在导通状态切断时,由于其电磁能释放所产生的高压就被二极管所吸收,所以当开关断开时,开关的电弧也就被消除了.这个应用电路在工业上用得比较多,如一些较大功率的电磁吸控制电路就用到它.

4、串联型稳压电路:在此电路中,串联稳压管BG的基极被稳压二极管D钳定在13V,那么其发射极就输出恒定的12V电压了.这个电路在很多场合下都有应用

TVS二极管器件按极性可分为单极性和双极性两种;按用途可分为通用型和专用型;按封装和内部结构可分为轴向引线二极管、双列直插TVS二极管阵列、贴片式和大功率模块等[1]。轴向引线的产品峰值功率可达400 W、500 W、600W、1500W和5 000W。其中大功率的产品主要用在电源馈线上,低功率产品主要用在高密度安装场合。对于高密度安装的场合,也可以选择双列直插和表面贴装等封装形式。

在选用TVS二极管时,应考虑以下几个主要因素:

(1)若TVS二极管有可能承受来自两个方向的尖峰脉冲电压(浪涌电压)冲击时,应当选用双极性的,否则可选用单极性。

(2)所选用TVS二极管的Vc值应低于被保护元件的最高电压。Vc是二极管在截止状态的电压,也就是在ESD冲击状态时通过TVS二极管的电压,它不能大于被保护回路的可承受极限电压,否则器件面临被损坏的危险。

(3)TVS二极管在正常工作状态下不要处于击穿状态,最好处于VR以下,应综合考虑VR和VC两方面的要求来选择适当的TVS二极管。

(4)如果知道比较准确的浪涌电流IPP,则可利用VCIpp来确定功率;如果无法确定IPP的大致范围,则选用功率大些的TVS二极管为好。PM是TVS二极管能承受的最大峰值脉冲功率耗散值。在给定的最大箝位电压下,功耗PM越大,其浪涌电流的承受能力越大;在给定的功耗PM下,箝位电压VC越低,其浪涌电流的承受能力越大。另外,峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。

(5)TVS二极管所能承受的瞬态脉冲是不重复的,器件规定的脉冲重复频率(持续时间与间歇时间之比)为0.01%。如果电路内出现重复性脉冲,应考虑脉冲功率的累积,不然有可能损坏TVS二极管。

(6)对于小电流负载的保护,可有意识地在线路中增加限流电阻,只要限流电阻的阻值适当,一般不会影响线路的正常工作,但限流电阻对干扰所产生的电流却会大大减小。但这样可能选用峰值功率较小的TVS二极管管来对小电流负载线路进行保护。

(7)电容量C是由TVS二极管雪崩结截面决定的,这是在特定的1 MHz频率下测得的。C的大小与TVS二极管的电流承受能力成正比,C太大将使信号衰减。因此,C是数据接口电路选用TVS二极管的重要参数。对于数据/信号频率越高的回路,二极管的电容对电路的干扰越大,形成噪声或衰减信号强度也大,因此,需要根据回路的特性来决定所选器件的电容范围。高频回路一般选择电容应尽量小(如LCTVS二极管、低电容TVS二极管,电容不大于3 pF),而对电容要求不高的回路,电容的容量选择可高于40 pF。

(8)为了满足IEC61000-4-2国际标准,TVS二极管二极管必须达到可以处理最小8 kV(接触)和15 kV(空气)的ESD冲击,有的半导体生产厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。而对于某些有特殊要求的便携设备应用,设计者可以按需要挑选器件。


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