瞬態(tài)抑制二極管-TVS管怎么選型

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2022-04-21 00:20:20 17

TVS全稱是 transient voltage suppressor，瞬態(tài)電壓抑制器，它是一種保護(hù)器件。TVS管也屬于二極管，只不過特性與二極管的有區(qū)別，它的工作原理與穩(wěn)壓二極管類似，也是利用反向擊穿穩(wěn)定電壓，但TVS管的響應(yīng)速度要快于穩(wěn)壓管。

當(dāng)電路中的TVS管受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，它能以極高的速度（幾百皮秒）將兩級(jí)間的阻抗變?yōu)榈妥杩梗鸬胶芎玫睦擞抗β饰兆饔茫瑫r(shí)也能使兩級(jí)之間的電壓保持在一個(gè)范圍內(nèi)，達(dá)到有效保護(hù)電路中其他元器件的免受浪涌脈沖的損壞。

TVS管和ZenerDiode兩者比較可以參考下面描述

一、相同點(diǎn)

1）均可以將器件的電壓限制在一定的范圍內(nèi)。

2）長(zhǎng)時(shí)間耐流值接近，跟體積功耗有關(guān)。

二、不同點(diǎn)

1）電壓精度，ZenerDiode的穩(wěn)壓值比較精確，TVS是在一個(gè)范圍內(nèi)；

2）通流能力，ZenerDiode耐涌浪電流很小，而TVS可以達(dá)到幾百A；

3）工作原理，ZenerDiode是齊納隧道效應(yīng)或雪崩效應(yīng)，TVS是雪崩效應(yīng)；

4）電路應(yīng)用，ZenerDiode用于穩(wěn)壓，TVS用于瞬態(tài)高壓保護(hù)；

5）穩(wěn)壓數(shù)值，ZenerDiode 3.3V~75V,TVS管6.8V～550V；

6）響應(yīng)時(shí)間，ZenerDiode是 us級(jí)別，TVS可以達(dá)到1ps級(jí)別；

比較后就比較清楚了，穩(wěn)壓二極管和TVS管是不可以相互替代的。

清楚了原理我們來看TVS管的一些參數(shù)，我們通過Datasheet來看，這樣比較直觀。

*欄和第二欄是和具體器件相關(guān)的，我們不管它。

Working PeakReverse Voltage VRWM (V)反向峰值電壓，這個(gè)參數(shù)是TVS管的工作電壓，在器件正常工作時(shí)，TVS管兩端的電阻達(dá)到很大，那么TVS管吸收的電流可以忽略不計(jì)。一般選型時(shí)，要求VRWM等于或略大于電路正常工作電壓。

Breakdown Voltage VBR(V) MIN &NOM&MAX @IT 為反向擊穿電壓，表示在直流電流IT條件下，測(cè)得TVS兩端的反向電壓值，含義是從此點(diǎn)開始元件進(jìn)入反向雪崩擊穿。

Test Current IT(mA) 測(cè)試電流參數(shù)，是規(guī)定TVS的反向擊穿電壓值條件；

Claping Voltage @IPP Vc(V)最大鉗位電壓參數(shù)，在規(guī)定的脈沖時(shí)間tr/tp內(nèi)，TVS承受最大峰值電流Ipp時(shí)，加在器件上的最大電壓值。

Maximum Peaking Pulse Current IPP(A) 最大脈沖電流，在規(guī)定的時(shí)間tr/tp內(nèi)，器件所允許通過的最大峰值脈沖電流。

Reverse Leakage @VRWM IR(uA) 反向漏電流，即在工作電壓VRWM時(shí)，流經(jīng)TVS管的反向漏電流。

此外，還有datasheet上，還會(huì)給出insert loss @ Freq，這些主要用在高速IO上保護(hù)的TVS，作為選型的重要依據(jù)。

了解了以上參數(shù)后，接下來就是選型的環(huán)節(jié)，從網(wǎng)上獲取到的信息，選型原則是

1）TVS額定反向關(guān)斷電壓VRWM應(yīng)大于或等于被保護(hù)電路的最大工作電壓。

2）最小擊穿電壓VBR=VWM/KBR (其中，KBR=0.8～0.9)。

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，即VC=KC×VBR (其中，KC=1.3)。

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。在確定了最大箝位電壓后，其峰值脈沖電流應(yīng)大于瞬態(tài)浪涌電流。

以下是實(shí)例計(jì)算分析：?

某機(jī)器工作電壓為DC12V，最大允許安全電壓25V（峰值），浪涌源的阻抗50MΩ，其干擾波形為方波，TP=1ms?，最大峰值電流50A。?選擇：?

1、先從工作電壓12V選取最大反向工作電壓VRWM為13V，表示在這個(gè)電壓下可以正常工作。

則擊穿電壓 V(BR) =VRWM /KBR=13/0.85=15.3V(取KBR=0.85)

擊穿電壓15.3V下，TVS開始動(dòng)作。

2、然后依據(jù)VBR選取最大箝位電壓Vc(MAX)=1.30×V(BR)=19.89V，取 Vc=20V(取KC=1.3)，是指TVS管已經(jīng)擊穿了，在一定條件下（脈沖時(shí)間tr/tp內(nèi)，承受的最大峰值電流Ipp時(shí)）加在器件上的最大電壓值。

3、接著依據(jù)箝位電壓VC和最大峰值電流IP，得到方波脈沖功率：

PPR=VC×IP=20×50=1000W?

4、折合為TP=1msS指數(shù)波的峰值功率，折合系數(shù)K1=1.4，????

PPR=1000W÷1.4=715W?

從手冊(cè)中可查到1.5SMC16AT3G其中PPR=1500W，變位電壓VRWM=13.6V，擊穿電壓V(BR)=15.2V，最大箝位電壓Vc=22.5V，

最大浪涌電流IP=67A。可滿足上述設(shè)計(jì)要求，而且留有一倍的余量，不論方波還是指數(shù)波都適用

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