瞬態(tài)二極管

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，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)電子元器件的整個過程。

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)這個反向電壓加入TVS 的兩極間時，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，在這個電壓之前，TVS 是不導(dǎo)通的。

當(dāng)TVS 流過規(guī)定的1mA 電流(IR)時，加入TVS 兩極間的電壓為其最 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)時間為20微秒的脈沖峰值電流IPP 流過TVS 時，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 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)時間與間歇時間之比)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箝位時間TC

TC 是TVS兩端電壓從零到最小擊穿電壓VBR 的時間。對單極性TVS 于1×10-12秒;對雙極性TVS 于是1×10-11 秒。

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。

由于瞬態(tài)二極管具有響應(yīng)時間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差 、箝位電壓較易控制、無損壞極限、體積小等優(yōu)點。

目前已廣泛應(yīng)用于計算機系統(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領(lǐng)域。

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因瞬間的脈沖，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，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。

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 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。

由于復(fù)合型電浪涌保護(hù)器內(nèi)部設(shè)計采用將n個壓敏電阻(MOV)、n個陶瓷放電管(GTD)、n個瞬態(tài)二極管(TVS)、浪涌電阻(SR)、溫度控制保險管等各種防雷、瞬態(tài)過電壓保護(hù)元器件通過矩陣的方式排列在PCB電路板上，充分利用不同元器件的優(yōu)點，發(fā)揮其作用，使得它具有普通模塊不具備的優(yōu)點。

1、殘壓低:

復(fù)合型電浪涌保護(hù)器可以一次性地將6KV以上的浪涌電壓抑制到系統(tǒng)最大工作電壓的2倍以下，三相的可以抑制到800V，單相的可以抑制到600V以下;而模塊式防雷器要經(jīng)過B級、C級、D級三級防護(hù)才能達(dá)到1000V左右。

為什么殘壓會低?復(fù)合型電浪涌保護(hù)器采用的多個壓敏電阻并聯(lián)，改變傳統(tǒng)的模塊式防雷器的單一壓敏電阻結(jié)構(gòu)，實驗室研究表明，多個壓敏電阻并聯(lián)給出的殘壓要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小單一壓敏電阻的殘壓，再加上陶瓷放電管和瞬態(tài)二極管都具備抑制較高的箝位電壓，串聯(lián)電路和三層大電流濾波本身的特性也能有效抑制較高的箝位電壓。

箝位電壓(殘壓)低有什么意義?如果殘壓過高,超出被保護(hù)系統(tǒng)的工作電壓幾倍以上，甚至達(dá)到2KV以上，盡管它附加并作用在被保護(hù)設(shè)備的時間只有幾個微秒,不足以立即對被保護(hù)設(shè)備產(chǎn)生損壞,但頻繁的作用,必將造成被保護(hù)設(shè)備過早被漸進(jìn)式損壞,而影響系統(tǒng)的正常運行,隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，電子、電氣系統(tǒng)的電子集成化程度越來越高，大量高精度、高靈敏度電子元器件得到了廣泛的應(yīng)用，為了更加有效抑制雷電和各種電浪涌造成的破壞，需要對電浪涌保護(hù)器提出更高的要求，實踐證明，殘壓越低，其安全性就越高，只有殘壓小到最大工作電壓2倍以下，才能保證被保護(hù)設(shè)備不被損壞。

2、全保護(hù)、一體化

復(fù)合型電浪涌保護(hù)器由于采用PCB板矩陣排列MOV、GDT、TVSS，不但具備相(線)對地的共模保護(hù)，還通過合理的電路的設(shè)計，充分考慮到相(線)之間由于各種耦合引起的電浪涌不斷出現(xiàn)的可能，使復(fù)合型電浪涌保護(hù)器同時滿足差模和共模的保護(hù)要求，具備了相、線之間的保護(hù)。

全保護(hù)一體化的意義:從相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，由于電磁干擾起的各類電浪涌造成的電子、電氣設(shè)備以及人身傷害中。相線對地產(chǎn)生的電浪涌只占23-27%，而由各種耦合產(chǎn)生的相線之間的電浪涌占60%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于相、線對地產(chǎn)生的電浪涌，通常模塊式電浪涌保護(hù)器在一般情況下只能滿足相線對地的保護(hù)，只有通過增加模塊數(shù)量，到少要7個模塊，才能滿足相線之間的保護(hù)作用。

3、三層大電流濾波功效

復(fù)合型全保護(hù)一化化電浪涌保護(hù)器在設(shè)計充分考慮到電浪涌產(chǎn)生原因的不確定性，設(shè)計上采用多層大電流濾波功能，第一層采用多個壓敏電阻和放電管分別矩陣排列，然后進(jìn)行串聯(lián)，滿足最大通流量的要求，組成第一層過流泄流保護(hù);在第二層繼續(xù)采用壓敏電阻與放電管分別矩陣排列，加強和保證通流能力的穩(wěn)定性，第三層采用多個壓敏電阻并聯(lián)和瞬態(tài)二極管并聯(lián)，再進(jìn)行串聯(lián)，在第三層主要發(fā)揮瞬態(tài)二極管響應(yīng)時間快的優(yōu)點，最后通過三層矩陣排列，形成了三層泄流保護(hù)電路.

三層大電流濾波的意義和作用:當(dāng)?shù)谝粚釉馐茈娎擞康臎_擊造成損害時，第二、三層繼續(xù)擔(dān)當(dāng)保護(hù)的責(zé)任，特別是電浪涌連續(xù)不斷沖擊情況下,它的作用和意義就顯得特別。三層大電流泄流設(shè)計既做到大電流濾波功能，起到了多層保護(hù)作用，把壓敏電阻、陶瓷放電管和瞬態(tài)二極管的各自作用發(fā)揮到極點，有效抑制了過電壓，做到了箝位電壓更低，同時可以承受電浪涌的連續(xù)不斷的沖擊。

4、響應(yīng)時間短

復(fù)合型電浪涌保護(hù)器的響應(yīng)時間一般在小于5鈉秒，有些甚至更短，達(dá)到1納秒。

為什么復(fù)合型電浪涌保護(hù)器的響應(yīng)時間更短?一般模塊式電浪涌保護(hù)器的響應(yīng)時間小于25ns(納秒)，所謂響應(yīng)時間，就是指當(dāng)暫態(tài)過電壓作用于放電元器件擊穿限壓的時間，壓敏電阻響應(yīng)時間小于25ns(納秒)，放電管的響應(yīng)時間更長，瞬態(tài)二極管的響應(yīng)時間小于1ns(納秒)甚至更低。所有電浪涌保護(hù)器所標(biāo)出的響應(yīng)時間是指產(chǎn)品中最短的保護(hù)元器件的響應(yīng)時間，如標(biāo)出小于25ns，說明它結(jié)構(gòu)是單一壓敏電阻或壓敏電阻與陶瓷放電管串聯(lián)合用結(jié)構(gòu)，復(fù)合型電浪涌保護(hù)器響應(yīng)時間小于5納秒，是采用了瞬態(tài)二極管，因為瞬態(tài)二極管響應(yīng)時間一般都小于1納秒，加上電路延時和管腳延長的所產(chǎn)生的損耗，它的響應(yīng)時間在5納秒。

響應(yīng)時間短有什么意義?響應(yīng)時間小于25ns能滿足一般電氣化設(shè)備要求，但隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，供、配電系統(tǒng)的自動化，智能化程度大提高、電子設(shè)備的高精度、高靈敏度化，許多電子設(shè)備內(nèi)部元器件靈敏程度也大大提高，大量采用一些過電壓、放電元器件來進(jìn)行電壓、放電元器件的響應(yīng)時間一般都在小于25ns，甚至達(dá)到5個納秒，如果電浪涌保護(hù)器內(nèi)部的元器件質(zhì)量有問題、老化或失效，響應(yīng)時間肯定會延長，電浪涌保護(hù)器就不能搶先于被保護(hù)設(shè)備內(nèi)部的過電壓、放電元器件啟動，就失去了保護(hù)的意義。

5、漏電流為零:

復(fù)合式電浪涌保護(hù)器采用壓敏電阻、氣體放電管和瞬態(tài)二極管組合的放電電路，陶瓷放電管在其中擔(dān)當(dāng)開關(guān)作用，有效阻隔了壓敏電阻的泄漏電流，所以它的漏電電流為零，

為什么漏電電流為零?通常的電浪涌保護(hù)器采用一個或幾個壓敏電阻作主放電電路。因壓敏電阻有一致命的缺點:有不規(guī)則的泄漏電流，壓敏電阻工作一段時間后，特別是性能較差的壓敏電阻，因漏電流變大會加速老化或發(fā)熱自爆，而放電管的性能在此可以充當(dāng)開關(guān)的作用，可以有效解決漏電流問題。

漏電電流為零的的意義:漏電電流大小直接關(guān)系到壓敏電阻的工作的穩(wěn)定性，關(guān)系到電浪涌保護(hù)器的使用壽命，是電浪涌保護(hù)器最為重要的指標(biāo)，一般單一壓敏電阻的電浪涌保護(hù)器是依據(jù)壓敏電阻的使用壽命決定，一般在3-5年，不會更長，復(fù)合型浪涌保護(hù)器的使用壽命比普通模塊式電浪涌保護(hù)器更長，一般在10年，甚至達(dá)到15年。

6、過流、過溫保護(hù):

復(fù)合型電涌保護(hù)器采用控溫控流模式電路，通過溫控保險絲對過熱現(xiàn)象進(jìn)行阻隔，當(dāng)發(fā)生過流現(xiàn)像導(dǎo)致電浪涌保護(hù)器的元器件發(fā)生自爆自熱現(xiàn)像時，能及時、有效、迅速地使電浪涌保護(hù)器與電網(wǎng)隔離，電子溫控比機械脫反應(yīng)快10倍以上。

7、安裝方便

復(fù)合型電浪涌保護(hù)器在安裝上突破了傳統(tǒng)的模塊式電浪涌保護(hù)器安裝上的局限性，不但可以安裝在35MM的導(dǎo)軌上，還可以在各種條件和不同方向的情況下進(jìn)行安裝。