TVS管的参数

电子电容全能解 2024-07-18 02:43:22

我们知道TVS二极管主要工作在雪崩击穿区。先来回顾下雪崩击穿的定义,以明确其区别于其它二极管的根本差别:

由于电场作用,当电子穿越空间电荷区时能量会增加,当增加到一定程度并与耗尽区原子内的电子发生碰撞时,便会产生新的自由电子-空穴对,于是发生了雪崩效应。

雪崩效应必须要有足够大的空间电荷区距离,所以与稳压二极管相反,PN区的掺杂浓度要低。

TVS管全称是:瞬态抑制二极管。

它是一种高效电路保护器件,它具有极快的响应时间(ps级)和相当高的浪涌(几百A/几十KV级)吸收能力。

所以我们可以看到TVS管的主要作用是:以极高的速度(极快的时间)把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗,以吸收一个瞬间大电流,同时将两端电压箝制在一个预定的电压数值上,从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。

不错,TVS管是为保护后端电路为目的的器件,而且能够吸收非常大的瞬态能量,主要用于静电(ESD)以及浪涌(Surge)的防护上。

下方的示意图只是一个理想的防护效果,实际上抑制电压并不会是一条水平线,会随浪涌电流的大小而变化。

1,TVS管的参数

TVS二极管与稳压二极管相似的地方是:两者都起作用在击穿区。

不同是:稳压二极管工作在齐纳击穿区,而TVS管工作在雪崩击穿区。

所以它们都关注反向击穿的参数,但反向击穿参数的性质则完全不同。

TVS管正常工作状态时并不会触发雪崩击穿,也不会齐纳击穿,而是处于反向截止区。而稳压二极管,如我们之前章节所介绍,其一直工作在齐纳击穿状态。

大家看TVS管放在那里平时好像也没啥鸟用,感觉在单板上放了这么一个家伙:既贵又占地方,亏大了。

但是这家伙不出手则已,一出手就是大招!关键时刻它会用自己的性命来保护后级电路的安全。

接下来我们分析TVS的主要参数:

1. 最小击穿电压VBR:TVS最小的击穿电压,流过规定电流1mA(IT)时的电压,在25℃时,低于VBR电压时不会发生雪崩。

VBR参数为触发浪涌泄放的最小电压,浪涌钳位电压可以从VBR开始计算。

2. 击穿电流IT:一般规定反向电流为1mA为击穿电流。

3. 额定反向工作电压VRWM:在正常状态时可承受的最大电压,电路的工作电压需要小于该电压。

4. 最大反向漏电流IR:二极管反向截止时最大漏电流,对应VRWM电压点的电流,截止状态流过它的电流应小于或等于IR。

VRWM参数由TVS管在电路中正常信号的最大工作电压决定,而反向截止漏电流在电路正常工作时会一直存在,如果产品特别关注低功耗设计,则需要关注。

5. 最大钳位电压VC: 当持续时间为20ms的脉冲峰值电流IPP流过TVS时,在其两端出现的最大峰值电压; VC不能大于被保护电路可承受的最大电压,否则被保护器件可能被损坏。

6. 最大峰值脉冲电流IPP:TVS瞬间吸收电流的最大能力,反映了TVS管的浪涌抑制能力。

Vc和Ipp决定了TVS管最大泄放浪涌的能力:E=Vc*Ipp*t。

7. 最大反向脉冲电流Ippm:在规定脉冲条件下,器件允许通过的最大脉冲峰值浪涌电流。

8. 最大反向钳位电压Vppm:在Ippm条件下最大反向钳制电压(Vc)。

如下右图为器件允许10uS/100us下最大浪涌能量,这种特殊波形与EMC认证要求相关。

9. 额定脉冲功率Pppm:最大钳位电压和最大反向峰值脉冲电流的乘积。

10. 最大峰值脉冲功耗PM:TVS所能承受的最大峰值脉冲功耗值;在特定VC下,功耗PM越大,其浪涌电流的承受能力越大;在特定的功耗PM下,钳位电压VC越低,其浪涌电流的承受能力越大; 如果电路内出现重覆性脉冲,应考虑脉冲功率的累积效应。

TVS管过温损坏与器件正常工作温度以及器件功耗相关,一旦超过器件所能承受的最大温度,TVS管将会被烧坏,需仔细评估多种因素,尽量保证TVS管在正常工作范围内不被损坏。

11. 电容量C:由TVS雪崩结截面决定,在1MHz频率下测得, C的大小与TVS的电流承受能力成正比;C会增加线路上寄生电容,从而影响电路上信号质量,需根据电路信号特性来选择TVS管C的范围。

TVS管正常工作在反向截止区,所以该电容主要是势垒电容,高速信号链路上放置TVS管时需特别关注。

12. 双向TVS管的V-I特性,如同单向TVS管“背靠背”组合,其正反两个方向都具有相同的雪崩击穿特性和钳位特性。

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