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瞬态抑制二极管-TVS管怎么选型

发布时间:2022-04-20作者来源:萨科微浏览:582

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TVS全称是 transient voltage suppressor,瞬态电压抑制器,它是一种保护器件。TVS管也属于二极管,只不过特性与二极管的有区别,它的工作原理与稳压二极管类似,也是利用反向击穿稳定电压,但TVS管的响应速度要快于稳压管。

当电路中的TVS管受到反向瞬态高能量冲击时,它能以极高的速度(几百皮秒)将两级间的阻抗变为低阻抗,起到很好的浪涌功率吸收作用,同时也能使两级之间的电压保持在一个范围内,达到有效保护电路中其他元器件的免受浪涌脉冲的损坏。 

TVS管和ZenerDiode两者比较可以参考下面描述

一、相同点

1)均可以将器件的电压限制在一定的范围内。 

2)长时间耐流值接近,跟体积功耗有关。 

二、不同点

1)电压精度,ZenerDiode的稳压值比较精确,TVS是在一个范围内;

2)通流能力,ZenerDiode耐涌浪电流很小,而TVS可以达到几百A;

3)工作原理,ZenerDiode是齐纳隧道效应或雪崩效应,TVS是雪崩效应;

4)电路应用,ZenerDiode用于稳压,TVS用于瞬态高压保护;

5)稳压数值,ZenerDiode 3.3V~75V,TVS管6.8V~550V;

6)响应时间,ZenerDiode是 us级别,TVS可以达到1ps级别;

比较后就比较清楚了,稳压二极管TVS管是不可以相互替代的。


清楚了原理我们来看TVS管的一些参数,我们通过Datasheet来看,这样比较直观。


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第一栏和第二栏是和具体器件相关的,我们不管它。


Working PeakReverse Voltage  VRWM (V)反向峰值电压,这个参数是TVS管的工作电压,在器件正常工作时,TVS管两端的电阻达到很大,那么TVS管吸收的电流可以忽略不计。一般选型时,要求VRWM等于或略大于电路正常工作电压。

Breakdown Voltage VBR(V) MIN &NOM&MAX @IT 为反向击穿电压,表示在直流电流IT条件下,测得TVS两端的反向电压值,含义是从此点开始元件进入反向雪崩击穿。


Test Current IT(mA) 测试电流参数,是规定TVS的反向击穿电压值条件;


Claping Voltage @IPP Vc(V)最大钳位电压参数,在规定的脉冲时间tr/tp内,TVS承受最大峰值电流Ipp时,加在器件上的最大电压值。


Maximum Peaking Pulse Current IPP(A) 最大脉冲电流,在规定的时间tr/tp内,器件所允许通过的最大峰值脉冲电流。


Reverse Leakage @VRWM  IR(uA) 反向漏电流,即在工作电压VRWM时,流经TVS管的反向漏电流。


此外,还有datasheet上,还会给出insert loss @ Freq,这些主要用在高速IO上保护的TVS,作为选型的重要依据。


了解了以上参数后,接下来就是选型的环节,从网上获取到的信息,选型原则是

1)TVS额定反向关断电压VRWM应大于或等于被保护电路的最大工作电压。 

2)最小击穿电压VBR=VWM/KBR (其中,KBR=0.8~0.9)。 

3)TVS的最大箝位电压VC应小于被保护电路的损坏电压,即VC=KC×VBR (其中,KC=1.3)。 

④  在规定的脉冲持续时间内,TVS的最大峰值脉冲功耗PM必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。在确定了最大箝位电压后,其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。


以下是实例计算分析: 

某机器工作电压为DC12V,最大允许安全电压25V(峰值),浪涌源的阻抗50MΩ,其干扰波形为方波,TP=1ms ,最大峰值电流50A。 选择: 

1、先从工作电压12V选取最大反向工作电压VRWM为13V,表示在这个电压下可以正常工作。

则击穿电压 V(BR) =VRWM /KBR=13/0.85=15.3V(取KBR=0.85)

击穿电压15.3V下,TVS开始动作。

2、然后依据VBR选取最大箝位电压Vc(MAX)=1.30×V(BR)=19.89V,取 Vc=20V(取KC=1.3),是指TVS管已经击穿了,在一定条件下(脉冲时间tr/tp内,承受的最大峰值电流Ipp时)加在器件上的最大电压值。

3、接着依据箝位电压VC和最大峰值电流IP,得到方波脉冲功率:

PPR=VC×IP=20×50=1000W 

4、折合为TP=1msS指数波的峰值功率,折合系数K1=1.4,    

PPR=1000W÷1.4=715W 


从手册中可查到1.5SMC16AT3G其中PPR=1500W,变位电压VRWM=13.6V,击穿电压V(BR)=15.2V,最大箝位电压Vc=22.5V,


最大浪涌电流IP=67A。可满足上述设计要求,而且留有一倍的余量,不论方波还是指数波都适用

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