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穩壓管和TVS二極管的概述與應用
來源: | 作者:mboff26e6 | 發布時間: 2017-08-28 | 285 次瀏覽 | 分享到:
穩壓二極管(又叫齊納二極管)它的電路符號是:此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件.在這臨界擊穿點上,反向電阻降低到一個很少的數值,在這個低阻區中電流增加而電壓則保持恒定,穩壓二極管是根據擊穿電壓來分檔的,因為這種特性,穩壓管主要被作為穩壓器或電壓基準元件使用.其伏安特性穩壓二極管可以串聯起來以便在較高的電壓上使用,通過串聯就可獲得更多的穩定電壓. 
TVS二極管(Transient Voltage Suppresser瞬態電壓抑制器)
TVS二極管是普遍使用的一種新型高效電路保護器件,它具有極快的響應時間(亞納秒級)和相當高的浪涌吸收能力。當它的兩端經受瞬間的高能量沖擊時,TVS二極管能以極高的速度把兩端間的阻抗值由高阻抗變為低阻抗,以吸收一個瞬間大電流,從而把它的兩端電壓箝制在一個預定的數值上,從而保護后面的電路元件不受瞬態高壓尖峰脈沖的沖擊。正因為如此,TVS二極管可用于保護設備或電路免受靜電、電感性負載切換時產生的瞬變電壓[4],以及感應雷所產生的過電壓。
TVS二極管和穩壓二極管一樣,也是反向應用的。其中VR稱為最大轉折電壓,是反向擊穿之前的臨界電壓。VB是擊穿電壓,其對應的反向電流IT一般取值為1 mA。VC是最大箝位電壓,當TVS二極管管中流過的峰值電流為IPP的大電流時,管子兩端電壓就不再上升了。因此TVS二極管管能夠始終把被保護的器件或設備的端口電壓限制在VB~VC的有效區內。與穩壓管不同的是,IPP的數值可達數百安培,而箝位響應時間僅為1×10-12s。TVS二極管的最大允許脈沖功率為PM=VCIPP,且在給定最大鉗位電壓下,功耗PM越大,其浪涌電流的承受能力越大。
穩壓管和TVS二極管的作用
穩壓管的應用: 
1、浪涌保護電路:穩壓管在準確的電壓下擊穿,這就使得它可作為限制或保護之元件來使用,因為各種電壓的穩壓二極管都可以得到,故對于這種應用特別適宜.圖中的穩壓二極管D是作為過壓保護器件.只要電源電壓VS超過二極管的穩壓值D就導通,使繼電器J吸合負載RL就與電源分開.
2、電視機里的過壓保護電路:EC是電視機主供電壓,當EC電壓過高時,D導通,三極管BG導通,其集電極電位將由原來的高電平(5V)變為低電平,通過待機控制線的控制使電視機進入待機保護狀態.
3、電弧抑制電路:在電感線圈上并聯接入一只合適的穩壓二極管(也可接入一只普通二極管原理一樣)的話,當線圈在導通狀態切斷時,由于其電磁能釋放所產生的高壓就被二極管所吸收,所以當開關斷開時,開關的電弧也就被消除了.這個應用電路在工業上用得比較多,如一些較大功率的電磁吸控制電路就用到它.
4、串聯型穩壓電路:在此電路中,串聯穩壓管BG的基極被穩壓二極管D鉗定在13V,那么其發射極就輸出恒定的12V電壓了.這個電路在很多場合下都有應用
TVS二極管器件按極性可分為單極性和雙極性兩種;按用途可分為通用型和專用型;按封裝和內部結構可分為軸向引線二極管、雙列直插TVS二極管陣列、貼片式和大功率模塊等[1]。軸向引線的產品峰值功率可達400 W、500 W、600W、1500W和5 000W。其中大功率的產品主要用在電源饋線上,低功率產品主要用在高密度安裝場合。對于高密度安裝的場合,也可以選擇雙列直插和表面貼裝等封裝形式。
在選用TVS二極管時,應考慮以下幾個主要因素:
(1)若TVS二極管有可能承受來自兩個方向的尖峰脈沖電壓(浪涌電壓)沖擊時,應當選用雙極性的,否則可選用單極性。
(2)所選用TVS二極管的Vc值應低于被保護元件的最高電壓。Vc是二極管在截止狀態的電壓,也就是在ESD沖擊狀態時通過TVS二極管的電壓,它不能大于被保護回路的可承受極限電壓,否則器件面臨被損壞的危險。
(3)TVS二極管在正常工作狀態下不要處于擊穿狀態,最好處于VR以下,應綜合考慮VR和VC兩方面的要求來選擇適當的TVS二極管。
(4)如果知道比較準確的浪涌電流IPP,則可利用VCIpp來確定功率;如果無法確定IPP的大致范圍,則選用功率大些的TVS二極管為好。PM是TVS二極管能承受的最大峰值脈沖功率耗散值。在給定的最大箝位電壓下,功耗PM越大,其浪涌電流的承受能力越大;在給定的功耗PM下,箝位電壓VC越低,其浪涌電流的承受能力越大。另外,峰值脈沖功耗還與脈沖波形、持續時間和環境溫度有關。
(5)TVS二極管所能承受的瞬態脈沖是不重復的,器件規定的脈沖重復頻率(持續時間與間歇時間之比)為0.01%。如果電路內出現重復性脈沖,應考慮脈沖功率的累積,不然有可能損壞TVS二極管。
(6)對于小電流負載的保護,可有意識地在線路中增加限流電阻,只要限流電阻的阻值適當,一般不會影響線路的正常工作,但限流電阻對干擾所產生的電流卻會大大減小。但這樣可能選用峰值功率較小的TVS二極管管來對小電流負載線路進行保護。
(7)電容量C是由TVS二極管雪崩結截面決定的,這是在特定的1 MHz頻率下測得的。C的大小與TVS二極管的電流承受能力成正比,C太大將使信號衰減。因此,C是數據接口電路選用TVS二極管的重要參數。對于數據/信號頻率越高的回路,二極管的電容對電路的干擾越大,形成噪聲或衰減信號強度也大,因此,需要根據回路的特性來決定所選器件的電容范圍。高頻回路一般選擇電容應盡量小(如LCTVS二極管、低電容TVS二極管,電容不大于3 pF),而對電容要求不高的回路,電容的容量選擇可高于40 pF。
(8)為了滿足IEC61000-4-2國際標準,TVS二極管二極管必須達到可以處理最小8 kV(接觸)和15 kV(空氣)的ESD沖擊,有的半導體生產廠商在自己的產品上使用了更高的抗沖擊標準。而對于某些有特殊要求的便攜設備應用,設計者可以按需要挑選器件。

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