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一、选用指南
1、首先确定被保护电路的直流或连续工作电压,电路的额定标准电压和“高端”容限。
2、
TVS的额定反向关断电压VWM应大于或等于被保护电路的工作电压,若选用的VWM太低,器件有可能进入雪崩状态或因反向漏电流太大影响电路的正常工作。
3、
TVS的箝位电压VC应小于被保护电路的损坏电压。
4、
TVS的峰值脉冲功率PW必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。
5、
在确定了TVS的箝位电压后,其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。
6、
对于数据接口电路的保护,必须注意选取尽可能小的电容值C的TVS器件。
7、
带A的TVS二极管比不带A的TVS二极管的离散性要好,在TVS二极管A前面加C的型号表示双向TVS二极管。
8、
直流保护一般选用单向TVS二极管,交流保护一般选用双向TVS二极管,多路保护选用TVS阵列器件,大功率保护选用TVS专用保护模块。特殊情况,如:RS-485和RS-232保护可选用双向TVS二极管或TVS阵列。
9、
TVS二极管可以在-55℃到+150℃之间工作,如果需要TVS在一个变化的温度下工作,由于其反向漏电流ID是随温度的增加而增大;功耗随TVS结温度增加而下降,故在选用TVS时应考虑温度变化对其特性的影响。
10、TVS二极管可以串/并应用,串行连接分电压,并行连接分电流。但考虑到TVS的离散性,使用时应尽可能的减少串/并数量。
二、注解
1、VWM—是TVS连续工作的直流或脉冲电压,当这个反向电压加于TVS两极时,它处于反向关断状态,流过它的电流小于或等于其反向漏电流ID。
2、VBR—是TVS小的雪崩电压。25℃时,在这个电压之前,保护TVS是不导通的。当TVS流过规定的1mA电流IR时,加于TVS两极间的电压为其小击穿电压VBR。
3、IT—--测试电流。
4、ID—--反向漏电流。
5、VC—当持续时间为20us的脉冲峰值电流IPP流过TVS时,其两极间出现的峰值电压为VC。它是串联电阻和热温升两者电压上升的组合。
6、IPP—的峰值脉冲电流。
7、C----电容值(pF)。在收/发的总线接口电路里,选取电容值小的TVS器件尤为有利。
二、TVS相关参数及选型
处理瞬时脉冲对器件损害的办法是将瞬时电流从敏感器件引开。TVS二极管在线路板上与被保护线路并联,当瞬时电压超过电路正常工作电压后,TVS二极管便发生雪崩,提供给瞬时电流一个超低电阻通路,其结果是瞬时电流通过二极管被引开,避开被保护器件,并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。当瞬时脉冲结束以后,TVS二极管自动回复高阻状态,整个回路进入正常电压。许多器件在承受多次冲击后,其参数及性能会发生退化,而只要工作在限定范围内,二极管将不会发生损坏或退化。
从以上过程可以看出,在选择TVS二极管时,必须注意以下几个参数的选择:
1.小击穿电压VBR和击穿电流IR。VBR是TVS小的击穿电压,在25℃时,低于这个电压TVS是不会发生雪崩的。当TVS流过规定的1mA电流(IR)时,加于TVS两极的电压为其小击穿电压VBR。按TVS的VBR与标准值的离散程度,可把VBR分为5%和10%两种。对于5%的VBR来说,VWM=0.85VBR;对于10%的VBR来说,VWM=0.81VBR。为了满足IEC61000-4-2国际标准,TVS二极管必须达到可以处理小8kV(接触)和15kV(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。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。
2.反向漏电流ID和额定反向关断电压VWM。VWM这是二极管在正常状态时可承受的电压,此电压应大于或等于被保护电路的正常工作电压,否则二极管会不断截止回路电压;但它又需要尽量与被保护回路的正常工作电压接近,这样才不会在TVS工作以前使整个回路面对过压威胁。当这个额定反向关断电压VWM加于TVS的两极间时它处于反向关断状态,流过它的电流应小于或等于其反向漏电流ID。
3.箝位电压VC和峰值脉冲电流IPP。当持续时间为20mS的脉冲峰值电流IPP流过TVS时,在其两端出现的峰值电压为VC。VC、IPP反映了TVS的浪涌抑制能力。VC与VBR之比称为箝位因子,一般在1.2~1.4之间。VC是二极管在截止状态提供的电压,也就是在ESD冲击状态时通过TVS的电压,它不能大于被保护回路的可承受极限电压,否则器件面临被损伤的危险。
4. Pppm额定脉冲功率,这是基于截止电压和此时的峰值脉冲电流。对于手持设备,一般来说500W的TVS就足够了。峰值脉冲功耗PM是TVS能承受的峰值脉冲功耗值。在给定的箝位电压下,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。而且,TVS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,有可能损坏TVS。
5.电容量C。电容量C是由TVS雪崩结截面决定的,是在特定的1MHz频率下测得的。C的大小与TVS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的重要参数。电容对于数据/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,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、低电容TVS,电容不大于3pF),而对电容要求不高的回路电容选择可高于40pF。