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TVS的选用原则和应用范围

发布日期:2022-06-20 15:23:31浏览次数:3855次

图1:TVS实物图


  • 概述:

对于任何电子系统来说,电压或电流的瞬间浪涌都可能会让它失效损坏,每年因此造成的损失高达数十亿甚至数百亿美元,所以电子系统的保护器件在元器件生产和应用中都具有非常重要的地位,意外产生的浪涌可能来自于电子系统的内部和外部,常见的如电源的开关,电感负载的通断,交流线路的波动,累计感应电涌,静电放电等等。TVS是为了抑制各种形式的电浪涌而专门设计的高效能保护器件。当它承载瞬态高能量脉冲时,会快读的从原来的高阻抗变为低阻抗,吸收掉意外电浪涌,并把电压钳制到安全水平从而保护电子系统中的元器件不会损坏。TVS所能承受的瞬时脉冲电压峰值可达数千伏,瞬时脉冲电流峰值可高达数百安培,它的钳位响应时间仅仅是10-12秒。作为一种保护器件,固体的TVS和早前的气体方低昂及压敏电阻相比较,最为显著的特点就是钳位因子小、响应时间快、承载的浪涌高、使用寿命长,基本无老虎磨损等问题。以及体积小无噪音价格低等等,实践出真知,根据我们过往的经验,安装有电保护器件TVS的电子系统,大大的提高了安全性和可靠性。

 

  • 选用原则:

TVS作为电子系统中的保护器件,选择正确是非常重要的,我们必须要了解电子的工作条件和可能发生的意外电源的性质,然后按照一下原则选择合适的TVS器件:

1、反向变为电压(VR)需等于或略高于电路的争吵工作电压,这样可以确保不因TVS的介入而影响电路的正处于工作,一般在交流电路中,需取1.4倍工作电压的峰值来确定合适的变为电压。

2、反向击穿电压(VB)不小于电路的最大允许工作电压。如果在最大允许工作电压下TVS进入击穿状态,会使得电路中的漏电流增大,从而影响到电路的正常运转。

3、最大钳位电压(VC)必须小于电路的最大允许安全电压,也就是说在钳位电压下,不会损坏电路中的任何元器件。

4、最大峰值脉冲功率(PM)需要大于电路内部或外部可能出现的峰值脉冲功率。(电路设计师需要对可能出现的意外电脉冲的性质有所了解,比如脉冲的来源、波形以及幅度和时间等等。)

 

  • 电气特性:

TVS分单向和双向两种类型,单向TVS的正向特性与一般二极管无异,反向则呈典型的雪崩型;双向TVS的两个方向的特性曲线相同,均为典型的雪崩型。

当承受一个高能量的瞬时电脉冲时,TVS会立刻从变位电压附近的高阻抗降低到一个很低的导通值,允许大电流通过,同时把电压钳制到一定水平,从而把瞬时电脉冲吸收掉,其响应时间理论上来说在10-12秒 而钳位因子仅为1.2-1.4。

所谓的钳位因子就是钳位电压和击穿电压的比值,它的意义在于,当电压超过击穿时立即售空,被钳制到安全的水平,为电路提供可靠性保障,钳位因子小,说明受控能力好,而MOV的钳位因子要大的多,比如180V的MOV的Cf=2.65,即钳位电压为430V,这显然对一些精密的电子系统是不适用的。

图2:15BJ系列曲线特性图


 

  • 应用范围:

1、一般应用和接法

 TVS 通常是并联于被保护电路中,但亦可串联应用,以增加最大峰值脉冲功率,或提高反向击穿电压。应注意TVS 和二极管并联时,反向击穿电压值必须相匹配,自身串联应用时,电参数必须一致性好,此外,两支型号,参数相同(单向) TVS还可以背对背相接。

2、保护开关电源

在典型的开关电源电路中,由于电源线路、感性负载等可能经常出现高能量的瞬变电涌,造成开关电源误工作,甚至使其元器件损坏。为了提高开关电源的稳定性和可靠性,必须加入保护器件。

3、保护集成电路

集成电路广泛用于电子系数中,功能强大的集成电路,集成度极高,但抗过压能力差。由静电放电( ESD)、电极反接或电源开关操作引起的瞬变电压,很容易造成其失效。

4、保护可控硅

可控硅(SCR)的触发回路如出现电涌,就可能造成误触发,导致可控硅的错误功作面失控。因此,要求触发回路必须精确控制,过压和过流是不允许的。

5、保护场效应管(MOSFET)

通常引起MOSFET失效的主要原因,是漏极一源极间电压VDS过高,电感负载的通即可使得MOSF ET 的VDS 超过击穿电压向损坏,为此,对大功率MOSFET 必须采取保护措施。

6、保护继电器

当继电器用大功率品体管驱动时,继电器的驱动线圈会发生很高的反电势,有可能使大功率品体管击穿:此外,继电器触点通断时,时常有大电流通过,可能在触点处产生电弧,造成接触不良。因此,使用继电器时,必须采取适当的保护措施。传统的方法常用二极管与电阻串联或阻容串联来解决,效果并不好。实践证明,使用双向 TVS 保护维电器是最佳方法。

7、保护微型计算机

在微机系统的数据传输线路上,可能会出现各种瞬变电涌干扰,特别是静电放电(ESD),交流电源酸变,或近旁仪器设备的干扰。为使微机系统稳定地工作,确保其可靠性,必须采取适当的保护措施。在微机的数据传输线路上和接口部份,使用小功率的表面安装型的 TVS 来进行保护,可获得良好的效果。此外,为防止雷击感应高压,使联网的微机系统损坏,也应使用TVS防雷。

8、保护交流线路

用MOV和TVS组成一个两极保护网络,利用MOV的承载大电流能力和TVS的快速响应能力的各自优点,来有效地保护交流线路。

9、保护电信系统

这里介绍的方法是将 TVS和MOV气体放电管(GASTUBE)结合使用来保护电信系统,GTUBE 的优点是,具有处理大电流的能力、很低的电容和极高的绝缘电阻。我们可以用GASTUBE、MOV和T VS组成一个三级保护网络,以确保电信系统安全可靠。

10、对雷击的防护作用

雷击生产的强大的感应电涌是具有破坏力的,一些精密的仪器设备,如铁路自动控制系统,程控交换机。ISDN,FAX,特别是网络上的计算机都可能在传输电缆中,因雷击感应高压而使其元器件损坏,而失去正常的工作能力。因此,在许多电子系统中,防护雷击是至关重要的。把TVS接入系统中可以有效地防止雷击造成的破坏,已为事实所证明。

 

  • 结束语

电子产品的安全性和可靠性,是所有生产厂商和拥户共同追求的目标。现代电子产品必须有相应的电保护措施,才能算是完善的产品,过去使用的保险管之类,虽然可以防止过流损坏产品,但常使正常工作中断,而气体放电管和压敏电阻,由于性能上的缺陷,对于许多比较精密的仪器设备、电子系统是不适用的。

新型的固体 TVS 是目前理相的电保护器件,它不仅简化了保护电路,而且大大提高了电子系统的安全性和可靠性。TVS作为一种高效能的电保护器件,已经在各个领域被普通采用,包括国内外的军工和航天产品。这里就不一一列举了。

图3:应用案例


 

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