瞬態(tài)二極管選用技巧

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 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(duì)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(duì)其特性的影響。

TVS 器件可以按極性分為單極性和雙極性?xún)煞N，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(zhuān)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。

TVS 的電路符號(hào)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(guò)TVS 的電流，由原來(lái)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(guò)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(guò)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(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(guò)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(guò)規(guī)定的1mA 電流(IR)時(shí)，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(duì)于±5%VBR來(lái)說(shuō)，VWM=0.85VBR;對(duì)于±10%VBR 來(lái)說(shuō)，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(guò)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 TVS 器件的浪涌抑制能力。VC 與VBR 之比稱(chēng)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(cè)得的。C 的大與TVS 的電流承受能力成正比，C 過(guò)大將使信號(hào)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(qǐng)查閱有關(guān)產(chǎn)品手冊(cè)。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TVS兩端電壓從零到最小擊穿電壓VBR 的時(shí)間。對(duì)單極性TVS 于1×10-12秒;對(duì)雙極性TVS 于是1×10-11 秒。

1、將TVS 二極管加在信號(hào)及電源線上，能防止微處理器或單片機(jī)因瞬間的脈沖，如靜電放電效應(yīng)、交流電源之浪涌及開(kāi)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(guò)10000V、60A 以上的脈沖，并能持續(xù)10ms;而一般的TTL器件，遇到超過(guò)30ms 的10V脈沖時(shí)，便會(huì)導(dǎo)至損壞。利用TVS 二極管，可有效吸收會(huì)造成器件損壞的脈沖，并能消除由總線之間開(kāi)關(guān)所引起的干擾 (Crosstalk)。

3、將TVS 二極管放置在信號(hào)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。

由于瞬態(tài)二極管具有響應(yīng)時(shí)間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差 、箝位電壓較易控制、無(wú)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(chē)、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(dòng)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。

由于復(fù)合型電浪涌保護(hù)器內(nèi)部設(shè)計(jì)采用將n個(gè)壓敏電阻(MOV)、n個(gè)陶瓷放電管(GTD)、n個(gè)瞬態(tài)二極管(TVS)、浪涌電阻(SR)、溫度控制保險(xiǎn)管等各種防雷、瞬態(tài)過(guò)電壓保護(hù)元器件通過(guò)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(diǎn)，發(fā)揮其作用，使得它具有普通模塊不具備的優(yōu)點(diǎn)。

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(guò)B級(jí)、C級(jí)、D級(jí)三級(jí)防護(hù)才能達(dá)到1000V左右。

為什么殘壓會(huì)低?復(fù)合型電浪涌保護(hù)器采用的多個(gè)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(shí)驗(yàn)室研究表明，多個(gè)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(guò)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(shí)間只有幾個(gè)微秒,不足以立即對(duì)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(guò)早被漸進(jìn)式損壞,而影響系統(tǒng)的正常運(yùn)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(lái)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(duì)電浪涌保護(hù)器提出更高的要求，實(shí)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(duì)地的共模保護(hù)，還通過(guò)合理的電路的設(shè)計(jì)，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(shí)滿(mǎn)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(jì)數(shù)據(jù)分析，由于電磁干擾起的各類(lèi)電浪涌造成的電子、電氣設(shè)備以及人身傷害中。相線對(duì)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(duì)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(mǎn)足相線對(duì)地的保護(hù)，只有通過(guò)增加模塊數(shù)量，到少要7個(gè)模塊，才能滿(mǎn)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(jì)充分考慮到電浪涌產(chǎn)生原因的不確定性，設(shè)計(jì)上采用多層大電流濾波功能，第一層采用多個(gè)壓敏電阻和放電管分別矩陣排列，然后進(jìn)行串聯(lián)，滿(mǎn)足最大通流量的要求，組成第一層過(guò)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(qiáng)和保證通流能力的穩(wěn)定性，第三層采用多個(gè)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(shí)間快的優(yōu)點(diǎn)，最后通過(guò)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(shí)，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(jì)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(diǎn)，有效抑制了過(guò)電壓，做到了箝位電壓更低，同時(shí)可以承受電浪涌的連續(xù)不斷的沖擊。

4、響應(yīng)時(shí)間短

復(fù)合型電浪涌保護(hù)器的響應(yīng)時(shí)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(shí)間更短?一般模塊式電浪涌保護(hù)器的響應(yīng)時(shí)間小于25ns(納秒)，所謂響應(yīng)時(shí)間，就是指當(dāng)暫態(tài)過(guò)電壓作用于放電元器件擊穿限壓的時(shí)間，壓敏電阻響應(yīng)時(shí)間小于25ns(納秒)，放電管的響應(yīng)時(shí)間更長(zhǎng)，瞬態(tài)二極管的響應(yīng)時(shí)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(shí)間是指產(chǎn)品中最短的保護(hù)元器件的響應(yīng)時(shí)間，如標(biāo)出小于25ns，說(shuō)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(shí)間小于5納秒，是采用了瞬態(tài)二極管，因?yàn)樗矐B(tài)二極管響應(yīng)時(shí)間一般都小于1納秒，加上電路延時(shí)和管腳延長(zhǎng)的所產(chǎn)生的損耗，它的響應(yīng)時(shí)間在5納秒。

響應(yīng)時(shí)間短有什么意義?響應(yīng)時(shí)間小于25ns能滿(mǎn)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(dòng)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(guò)電壓、放電元器件來(lái)進(jìn)行電壓、放電元器件的響應(yīng)時(shí)間一般都在小于25ns，甚至達(dá)到5個(gè)納秒，如果電浪涌保護(hù)器內(nèi)部的元器件質(zhì)量有問(wèn)題、老化或失效，響應(yīng)時(shí)間肯定會(huì)延長(zhǎng)，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(guò)電壓、放電元器件啟動(dòng)，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(kāi)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(gè)或幾個(gè)壓敏電阻作主放電電路。因壓敏電阻有一致命的缺點(diǎn):有不規(guī)則的泄漏電流，壓敏電阻工作一段時(shí)間后，特別是性能較差的壓敏電阻，因漏電流變大會(huì)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(kāi)關(guān)的作用，可以有效解決漏電流問(wèn)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(huì)更長(zhǎng)，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(zhǎng)，一般在10年，甚至達(dá)到15年。

6、過(guò)流、過(guò)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(guò)溫控保險(xiǎn)絲對(duì)過(guò)熱現(xiàn)象進(jìn)行阻隔，當(dāng)發(fā)生過(guò)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(shí)，能及時(shí)、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(jī)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。