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  • 本文将介绍双向触发二极管结构、特点与应用
  • 双向触发二极管除用来触发双向晶闸管外,还常用在过压保护、定时、移相等电路,图2就是由双向触发二极管双向晶闸管组成的过压保护电路。当瞬态电压超过DIAC和Ubo时,DIAC迅速导通并触发双向晶闸管也导通,使后面的
  • 宣布推出新型双向异步(BiAs)单线路ESD保护二极管,该器件采用超小型SOD923封装且具有极低的电容。    凭借0.6毫米×1.0毫米的占位面积以及0.4毫米的超薄厚度,VCUT0714A-02Z可在面向移动计算、移动通信、消费类...
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  • 另外,还可以组成过电压保护及移相电路等。  图:双向触发二极管的应用电路 双向触发二极管的耐压值一般可分为20-60V、100-150V、200-250V三个等级。 常用的双向触发二极管有2CSA、2CSB、2CTS、DB3、DB4等。 
  • 一、双向触发二极管 1、双向触发二极管原理与电路示例 2、双向触发二极管分类 二、可控硅 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------...

    目录:

    一、双向触发二极管

    1、双向触发二极管原理与电路示例

    2、双向触发二极管分类

    二、可控硅

    1、工作原理

    2、主要参数及意义

    3、双向可控硅的检测

    4、可控硅的使用原则

    5、参考电路

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    一、双向触发二极管

    1、双向触发二极管原理与电路示例

    双向触发二极管亦称二端交流器件(DIAC),属三层结构,具有对称性的二端半导体器件。常用来触发双向可控硅,在电路中作过压保护等用途。

     


    图1是它的构造示意图。图2、图3分别是它的符号及等效电路,可等效于基极开路、发射极与集电极对称的NPN型晶体管。因此完全可用二只NPN晶体管如图4连接来替代。

    双向触发二极管正、反向伏安特性几乎完全对称(见图5)。当器件两端所加电压U低于正向转折电压V(B0)时,器件呈高阻态。当U>V(B0)时,管子击穿导通进入负阻区。同样当U大于反向转折电压V(BR)时,管子同样能进入负阻区。转折电压的对称性用V(B)表示。V(B)=V(B0)-V(BR)。一般V(B)应小于2伏。双向触发二极管的正向转折电压值一般有三个等级:20~60V、100~150V、200~250V。由于转折电压都大于20V,可以用万用表电阻挡正反向测双向二极管,表针均应不动(R*10k),但还不能完全确定它就是好的。检测它的好坏,并能提供大于250V的直流电压的电源,检测时通过管子的电流不要大于是5mA。用晶体管耐压测试器检测十分方便。如没有,可用兆欧表按图6所示进行测量(正、反各一次),电压大的一次V(BR)。

    例如:测一只DB3型二极管,第一次为27.5V,反向后再测为28V,则V(B)=V(B0)-V(BR)=28V-27.5V=0.5V<2V,表明该管对称性很好。

    图7是双向触发二极管与双向可控硅等元件构成的台灯调光电路。通过调节电位器R2,可以改变双向可控硅的导通角,从而改变通过灯泡的电流(平均值)实现连续调光。如果将灯泡换电熨斗、电热褥还可实现连续调温。该电路在双向可控硅加散热器的情况下,可控负载功率达500W,各元件参数见图所标注。

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    2、双向触发二极管分类

    常用有:DB3、DB4、DB5、DB6,高压双向触发二极管

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    二、可控硅

    1、工作原理


    当阳极A端加上正向电压时,V1和V2管均处于放大状态,此时由控制极G端输入正向触发信号,使得V2管有基极电流Ib2通过,经过V2管的放大后,其集电极电流为Ic2=β2Ib2。而Ic2沿电路流至V1的基极,故有Ib1=Ic2,电流又经V1管的放大作用后,得到V1的集电极电流为Ic1=β1Ib1=β1β2Ib2。此电流又流回V2的基极,使得V2的基极电流Ib2增大,从而形成正反馈使电流剧增,进而使得可控硅饱和并导通。由于在电路中形成了正反馈,所以可控硅一旦导通后无法关断,即使控制极G端的电流消失,可控硅仍能继续维持这种导通的状态。

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    2、主要参数及意义

    1)门极触发电流(I):使可控硅从阻断到完全导通所必须的最小门极电流。

    2)门极触发电压(Vgt):对应于门极触发电流的门极电压。

    3)维持电流(IH):门极断路,在室温条件下,可控硅被触发导通后,为维持导通所必需的最小电流。

    4)断态重复峰值电压(V):门极断路、并在一定结温下,允许重复加在器件上的正向峰值电压。

    备注:重复频率为每秒50次,每次持续时间小于10ms。

    5)反向重复峰值电压:门极断路、并在一定结温下,允许重复加在器件上的反向峰值电压。

    备注:重复频率为每秒50次,每次持续时间小于10ms。

    6)断态电压临界上升率:在规定条件下,可控硅能承受而没有影响的最大通态电流上升率。

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    3、双向可控硅的检测

    用万用表电阻R*1Ω挡,用红、黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻,结果其中两组读数为无穷大。若一组为数十欧姆时,该组红、黑表所接的两引脚为第一阳极A1和控制极G,另一空脚即为第二阳极A2。确定A1、G极后,再仔细测量A1、G极间正、反向电阻,读数相对较小的那次测量的黑表笔所接的引脚为第一阳极A1,红表笔所接引脚为控制极G。将黑表笔接已确定的第二阳极A2,红表笔接第一阳极A1,此时万用表指针不应发生偏转,阻值为无穷大。再用短接线将A2、G极瞬间短接,给G极加上正向触发电压,A2、A1间阻值约10欧姆左右。随后断开A2、G间短接线,万用表读数应保持10欧姆左右。互换红、黑表笔接线,红表笔接第二阳极A2,黑表笔接第一阳极A1。同样万用表指针应不发生偏转,阻值为无穷大。用短接线将A2、G极间再次瞬间短接,给G极加上负的触发电压,A1、A2间的阻值也是10欧姆左右。随后断开A2、G极间短接线,万用表读数应不变,保持在10欧姆左右。符合以上规律,说明被测双向可控硅未损坏且三个引脚极性判断正确。

    检测较大功率可控硅时,需要在万用表黑笔中串接一节1.5V干电池,以提高触发电压。

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    4、可控硅的使用原则

    1)为了导通闸流管(或双向可控硅),必须有门极电流IGT ,直至负载电流达到IL。这条件必须满足,并按可能遇到的最低温度

    考虑。

    2)要断开(切换)闸流管(或双向可控硅),负载电流必须间,使能回复至截止状态。在可能的最高运行

    温度下必须满足上述条件。

    3)设计双向可控硅触发电路时,只要有可能,就要避开 3 + 象限(WT2-,+)。

    4)为减少杂波吸收,门极连线长度降至最低。返回线直接连至 MT1(或阴极)。若用硬线,用螺旋双线或屏蔽线。门极和 MT1 

    间加电阻 1kΩ或更小。高频旁路电容和门极间串接电阻。另一解决办法,选用H系列低灵敏度双向可控硅。

    5)若 dV D/dt 或 dV COM/dt可能引起问题,在MT1和MT2间加入RC缓冲电路。

    若高dI COM/dt 可能引起问题,加入一只几mH的电感和负载串联。

    另一种解决办法,采用Hi-Com双向可控硅。

    6)假如双向可控硅的VDRM在严重的、异常的电源瞬间过程中有可能被超出,采用下列措施之一:

    负载上串联电感量为几μH的不饱和电感,以限制dI T/dt;用MOV跨接于电源,并在电源侧增加滤波电路。

    7)选用好的门极触发电路,避开3+象限工况,可以最大限度提高双向可控硅的dIT/dt 承受能力。

    8)若双向可控硅的dIT/dt有可能被超出,负载上最好串联一个几μH的无铁芯电感或负温度系数的热敏电阻。另一种解决办法:对

    电阻性负载采用零电压导通。

    9)器件固定到散热器时,避免让双向可控硅受到应力。固定然后焊接引线。不要把铆钉芯轴放在器件接口片一侧。

    10)为了长期可靠工作,应保证 Rth j-a足够低,维持Tj不高于Tjmax,其值相应于可能的最高环境温度。

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    5、参考电路

    参考电路见“可控硅应用”。

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  • 过电压防浪涌保护器件TVS瞬态电压抑制二极管,是一种高效新型的电路保护元件,凭借其自身独有的优势:半导体工艺、稳定可靠、玻璃钝化工艺、导通电压精准、PS秒级响应速度、瞬态功率大、击穿电压偏差小、低漏电流、...

    过电压防浪涌保护器件TVS瞬态电压抑制二极管,是一种高效新型的电路保护元件,凭借其自身独有的优势:半导体工艺、稳定可靠、玻璃钝化工艺、导通电压精准、PS秒级响应速度、瞬态功率大、击穿电压偏差小、低漏电流、低动态内阻、箝位电压易控制、封装形式多样、小体积易安装等等,被广泛应用于敏感电子产品中,如汽车电子、工业设备、通讯设备、消防电子、家电等等。TVS二极管种类很多,根据方向可分为单向TVS和双向TVS;根据极性可分为单极性TVS和双极性TVS;根据外形可分为贴片TVS和直插TVS;根据功率可分为大功率TVS和小功率TVS……

    接下来,TVS二极管厂家东沃电子DOWOSEMI重点要分享的是有关双向TVS二极管的话题。双向TVS二极管和单向TVS有什么区别呢?如何区分双向TVS二极管?双向TVS二极管型号有哪些?

    双向TVS二极管和单向TVS二极管的区别

    单向和双向TVS管伏安特性曲线和相关参数说明如下图:

    从上图可以看出,双向TVS二极管伏安特性曲线在第一象限与第三象限极性相反,特性相似、当单向TVS二极管反向偏置时,它有两种工作模式:待机(高阻抗)或钳制(相对的低阻抗),详见单向TVS二极管伏安特性曲线第三象限。在应用方面的区别,一般而言,单向TVS应用在直流电路中,双向TVS应用在交流电路中,具体详情建议咨询专业的技术员。

    如何区分双向TVS二极管?

    双向:bi-directional unit,简称Bi;单向:uni-directional unit,简称Uni。关于TVS二极管如何区分单双向这个问题,最可靠的方法就是查看对应料号的产品手册,其中Bi列表中表示的是单向,Uni列表中表示的是双向。当然还可以根据型号更直观地辨别,TVS二极管型号尾缀CA是双向,A的话是单向,如3KP33CA是双向TVS二极管,3KP33A是单向TVS。当然,不同品牌供应商对TVS二极管型号命名方式还是略有差异的,一般而言,都是国标统一的型号,不会存在太大的差异。当然还可以借助万用表来测试判断单双,双向TVS测试两边都有电压,单向则一边通。

    双向TVS二极管型号

    双向TVS二极管封装形式多样:DO-218AB、SMA、SMB、SMC、SOD-123、DO-41、DO-15、DO-201、P600等等。双向TVS二极管型号齐全,接下来从贴片和直插两个方面列举部分型号:

    1)双向贴片瞬态抑制二极管:SM8S36A(6600W功率、DO-218AB封装)、SMF220CA(200W功率、SOD-123封装)、SMAJ440CA(400W功率、SMA封装)、TPSMAJ85CA(400W功率、SMA封装)、SMBJ400CA(600W功率、SMB封装)、TPSMBJ170CA(600W功率、SMB封装)、SMCJ350CA(1500W功率、SMC封装)、TPSMCJ78CA(1500W功率、SMC封装)、SMDJ300CA(3000W功率、SMC封装)、TPSMDJ43CA(3000W功率、SMC封装)、5.0SMDJ250CA(5000W功率、SMC封装)、TP5.0SMDJ58CA(5000W功率、SMC封装)……

    2)双向直插瞬态抑制二极管:P4KE600CA(400W功率、DO-41封装)、P6KE550CA(600W功率、DO-15封装)、1.5KE520CA(1500W功率、DO-201封装)、3KP440CA(3000W功率、P600封装)、5KP400CA(5000W功率、P600封装)、LDP60CA(6000W功率、P600封装)、15KP280CA(15000W功率、P600封装)、30KP320CA(30000W功率、P600封装)……

    双向TVS二极管型号如此之多,具体选用什么型号的TVS为电路安全保驾护航,建议找专业的TVS二极管生产厂家,提供方案设计、选型支持、样品申请!

     

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  • 如何设计过压保护电路?

    千次阅读 多人点赞 2020-10-24 11:56:18
    过压保护电路的作用是:若开关电源内部稳压环路出现故障或者由于用户操作不当引起输出电压超过设计阈值时,为保护后级用电设备防止损坏,将输出电压限定在安全值范围内。 本篇博文将从省钱省心的TVS管和可靠高效...

    目录

    1、省钱省心TVS管

    1.1、TVS管特性

    1.2、TVS管选型

    1.3、实际电路应用

    1.4、总结

    2、可靠高效电路


    过压保护电路的作用是:若开关电源内部稳压环路出现故障或者由于用户操作不当引起输出电压超过设计阈值时,为保护后级用电设备防止损坏,将输出电压限定在安全值范围内。

    本篇博文将从省钱省心的TVS管和可靠高效电路设计两个方法介绍如何快速设计过压保护电路。

    1、省钱省心TVS管

    TVS(Transient Voltage Suppressors),即瞬态电压抑制器,也被称为雪崩击穿二极管,是一种二极管形式的高效能保护器件。

    1.1、TVS管特性

    TVS管有单向与双向之分,单向TVS管一般应用于直流供电电路,双向TVS管应用于电压交变的电路。

    例如,单向TVS管应用于直流电路时,如下图所示。当电路正常工作时,TVS 处于截止状态(高阻态),不影响电路正常工作。当电路出现异常过电压并达到TVS(雪崩)击穿电压时,TVS 迅速由高电阻状态突变为低电阻状态,泄放由异常过电压导致的瞬时过电流到地,同时把异常过电压钳制在较低的水平,从而保护后级电路免遭异常过电压的损坏。当异常过电压消失后,TVS 阻值又恢复为高阻态。

    TVS工作原理

    选用TVS管有以下几点重要参数:

    选用TVS管关键指标

    (1) Vrwm截止电压

    TVS 的最高工作电压,可连续施加而不引起TVS劣化或损坏的最高工作峰值电压或直流峰值电压。对于交流电压,用最高工作电压有效值表示,在 Vrwm下,TVS 认为是不工作的,即是不导通的。电路设计时最高工作电压必须小于Vrwm,否则将会导致TVS动作导致电路异常。

    (2) IR漏电流

    漏电流,也称待机电流。在规定温度和最高工作电压条件下,流过 TVS 的最大电流。TVS的漏电流一般是在截止电压下测量,对于某一型号 TVS, IR 应在规定值范围内。对 TVS两端施加电压值为Vrwm,从电流表中读出的电流值即为TVS的漏电流IR 。对于同功率和同电压的 TVS,在Vrwm≤10V 时,双向TVS 漏电流是单向 TVS 漏电流的 2 倍。对于一些模拟端口,漏电流会影响AD的采样值,所以TVS的漏电流越小越好

    (3) VBR击穿电压

    击穿电压,指在 V-I 特性曲线上,在规定的脉冲直流电流It或接近发生雪崩的电流条件下测得 TVS 两端的电压。测试的电流It一般选取10mA左右,施加的电流的时间不应超过400ms,以免损坏器件,VBR MIN 和 VBR MAX 是 TVS 击穿电压的一个偏差,一般 TVS 为±5%的偏差。测量时,VBR 落在VBR MIN和VBR MAX之间视为合格品。

    (4) IPP峰值脉冲电流 ,VC钳位电压

    峰值脉冲电流,给定脉冲电流波形的峰值。TVS一般选用 10/1000μs 电流波形。钳位电压,施加规定波形的峰值脉冲电流 I PP 时,TVS 两端测得的峰值电压。IPP及VC是衡量 TVS 在电路保护中抵抗浪涌脉冲电流及限制电压能力的参数,这两个参数是相互联系的。对于 TVS 在防雷保护电路中的钳位特性,可以参考VC这个参数。对于相同型号TVS,IPP越大,耐脉冲电流冲击能力越强,若在IPP相同下的VC越小,说明TVS的钳位特性越好。

    (5) 结电容Cj

    结电容是TVS中的寄生电容,在高速IO端口保护需要重点关注,过大的结电容可能会影响信号的质量。

    1.2、TVS管选型

    选用TVS管,有三个要点需要注意:

    • 电压合适能保护后级电路;
    • 引入的TVS的结电容不能影响电路;
    • TVS功率余量充足,满足测试标准,且不能比保险管先挂。

    选型的过程可以按照以下的思路步骤进行:

    • 选择TVS最高工作电压Vrmw;
    • 选择TVS钳位电压VC;
    • 选择TVS的功率;
    • 评估漏电流Ir的影响;
    • 评估结电容的影响。

    具体说明如下所示:

    (1) 选择TVS最高工作电压Vrmw

    在电路正常工作情况下,TVS应该是不工作的,即处于截止状态,所以 TVS 的截止电压应大于被保护电路的最高工作电压。这样才能保证 TVS 在电路正常工作下不会影响电路工作。但是 TVS 的工作电压高低也决定了 TVS 钳位电压的高低,在截止电压大于线路正常工作电压的情况下,TVS 工作电压也不能选取的过高,如果太高,钳位电压也会较高,所以在选择 Vrwm 时,要综合考虑被保护电路的工作电压及后级电路的承受能力。要求Vrwm要大于工作电压,否则工作电压大于Vrwm会导致TVS反向漏电流增大,接近导通,或者雪崩击穿,影响正常电路工作。

    Vrwm可以参考以下的公式:

    Vrwm≈1.1~1.2*VCC(其中VCC为电路的最高工作电压)

    (2) 选择TVS钳位电压VC

    TVS 钳位电压应小于后级被保护电路最大可承受的瞬态安全电压,VC与TVS的雪崩击穿电压及IPP都成正比。对于同一功率等级的 TVS,其击穿电压越高VC也越高,所选TVS的最大箝位电压VC不能大于被防护电路可以承受的最大电压。否则,当TVS钳在VC时会对电路造成损坏。

    Vc可以参考以下的公式:

    VC<Vmax(其中Vmax为电路能承受的最高电压)

    (3) 选择TVS的功率Pppm(或者Ipp)

    TVS产品的额定瞬态功率应大于电路中可能出现的最大瞬态浪涌功率,理论上,TVS的功率越大越好,能够承受更多的冲击能量和次数,但是功率越高,TVS的封装越大,价钱也越高,所以,TVS的功率满足要求即可。对于不同功率等级的 TVS,相同电压规格的 TVS 其 V C 值是一样的,只是 I PP 不同。故 Pppm 与 Ippm成正比,Ippm 越大,Pppm 也越大。对于某一电路 ,有对应的测试要求,设实际电路中的最大测试电流为 Iactual ,则 Iactual 可估算为:

    Iactual=Uactual/Ri(Uactual为测试电压,Ri为测试内阻)

    TVS 要通过测试,故实际电路中要求 10/1000μs 波形下 TVS 的最小功率 P actual 为:-------其中di/dt为波形转换系数,如实际测试波形为其他波形,如 8/20μs波形,建议di/dt取,如测试波形为 10/1000μs,取,实际选型中,TVS 应留有一定的裕量,TVS 的功率PPMP 选择应遵循Pppm>Pactual。

    (4) 根据所选的TVS的结电容和漏电流评估影响

    若TVS 用在高速IO端口防护、模拟信号采样、低功耗设备场合,就需要考虑结电容和漏电流的影响,两则的参数越小越好。

    选型举例

    例如:电路的正常工作电压VCC是24V,最高工作电压Vmax是26V,后级电路可承受的最高瞬态电压为50V,实验的测试波形为 8/20μs波形,测试电压500V,测试电源内阻及PPTC的静态电阻合计为2Ω。根据上述信息选择合适的TVS。

    (1) 选择TVS最高工作电压

    Vrmw≈1.1~1.2*VCC=26~28V

    (2) 选择选择TVS钳位电压

    VC<Vmax=50V

    (3) 计算实际测试波形功率:

    Pact=50*(500/3)*1/2=4166W

    根据计算结果,可以选用5.0SMDJ26A这个TVS,由于这个TVS用在电源端口,结电容和漏电流可根据具体实际电路选用。

    5.0SMDJ26A TVS关键参数

    1.3、实际电路应用

    当设备的端口的工作电压超过了TVS的最高击穿电压(VBR MAX),TVS可以看成一个低阻抗的电阻,流过的电流非常大,电阻不断发热,如果没有其他措施,这个TVS很快就会挂掉,失效的TVS大概率变成了开路,后级的电路仍然处于没有保护之中。所以最好在TVS前面加一个保险管,在TVS挂掉前,保险管先失效断路,就可以保护TVS和后级电路,如果换成自恢复保险管,故障排除后就可以自行恢复正常工作。

    TVS用于防止过压保护的工作原理

    如下图所示是RS485的过压保护电路,RS485芯片的工作电压一般是5V,能够承受的极限电压一般是12V。通常设备的工作电压一般是12V或者24V,如果误将24V电源电压接到RS485A-B线上且没有过压保护,大概率RS485芯片会物理损坏。TVS管专门用于瞬间过压保护,无法应付长时间的过压,不到0.5STVS就会因过热烧毁,后级电路就会失去保护。

    如果在TVS的前面增加自恢复PTC,且PTC的跳闸时间足够短,并且TVS的钳位电压Vc<电路最高工作电压VCC,在TVS烧毁之前PTC跳闸,就可以实现后级电路的保护。 

    TVS管和自恢复PPTC配合使用时的计算思路过程如下所示:

    (1) 保护实现的前提条件

    当外加电压达到TVS的击穿电压时,TVS开始导通,阻抗变低,流过的电流不断增大。随着电流的不断增大,PPTC的阻抗不断增大,不断发热,最终PPTC变成断路失效,整个后级电路得以保护。所以要实现电路保护,需要2个前提:

    • TVS的功率足够大,大到可以坚持到PPTC断路;
    • PPTC的动作时间要足够小,小到要在TVS失效前动作。

    (2) PPTC选型

    用于过压保护时,PPTC的选型需要满足以下几个条件:

    • 持续电流Ihold>电路最大工作电流 Iwork;
    • 最大动作时间Trip越短越好,如 SMD1812B020TF,当通过 PPTC 的电流为 8A 时,PPTC 的动作时间应不大于 0.02s;
    • 最大过载电流Imax,工作温度范围内 PPTC不能超过的电流值,超过PPTC很大概率会永久性损坏;
    • 最大工作电压Vmax,工作温度范围内PPTC不能超过的最大工作电压值,超过PPTC很大概率会永久性损坏。

    (3) TVS选型

    TVS的选型要求如下:

    • 参照:上述1.2、TVS管选型小节;
    • 计算TVS可承受最大的热量Qtvs=P*t=P/1000(规格书给出的一般是1000uS下的功率,除以1000是转换为单位S)。
    • 计算所选的TVS实际的工作热量:
    Qact=Vc*Itrip*Tptc(Vc:TVS的钳位电压;Itrip:PTC保险的跳闸电流;Tptc:跳闸电流下的跳闸时间。)
    • TVS的可承受热量实际选型Qtvs>理论计算Qact;

    电路设计举例

    如下图所示,PTC和TVS配合用于RS485过压保护,设备的供电电压是24V,RS485芯片选用MAX488,正常工作电压5V,最高可承受12V,正常工作电流<1mA,选择合适的PTC和TVS。

    PTC和TVS配合用于RS485保护

    (1) PTC选型

    由于RS485的工作电流非常小,PTC电流选择最小的即可,关键参数是跳闸时间Trip,Trip越小越好,越小跳闸时间越短,对TVS的功率要求越低,封装越小,成本越低。经过选型,SMD1812B020TF电流和电压满足要求,跳闸时间Trip是最短的,为0.02S。

    (2) TVS选型:

    • TVS电压选型

    由于RS485的工作电压VCC为5V,极限电压为12V,因此TVS的工作电压Vrwm≥5V,钳位电压≤12V;可以预选SMBJ5.0A。Vrwm=5V,Vc=9.2V。

    • TVS的功率选型

    a. 估算实际TVS需要承受的热量

    假设TVS工作在最大钳位电压,流过的电流为保险管的跳闸电流:

    Qact=P*t=U*I*t=Vc*I trip*Tptc=9.2V*8*0.02S=1.472J

    b. 估算实际TVS的实际功率

    由于厂家给出的TVS测试的功率都是在1us的脉冲宽度下测量的,因此需要将上述的估算的热量折算为1uS时对应的TVS的功率。

    Ptvs>Qact/1us=1.472J/1us=1472W
    
    换算成峰值电流为:Ipp=P/Vc=1472W/9.2V=160A

    因此,最终TVS选择Vc=9.2V,Ipp=163的SMCJ5.0A。

    有的朋友认为上述的计算过程没有降额,实际上上述的计算过程基本都是按照极端的情况,忽略了PTC随着温度升高的电阻指数型增加,PTC上的电阻会分担很大一部分电压,到后期PTC濒临断路,TVS的承受压降几乎为零。因此不但不用降额,甚至TVS的功率可以选择乘以实际计算的0.5~0.8系数。

    1.4、总结

    TVS用于过压保护存在两个局限性:小信号和低速。

    (1) 小信号问题

    小信号比较好理解,我们电路用的是正常电流0.2A的PTC,但是选用的是160A的TVS,比例接近800倍,不可想象,如果用一个2A的PTC电源端口,TVS的功率需要超过15KW,售价接近10元,这个成本几乎是没人能接受的。

    由于PTC是自恢复,故障去除后又可以正常工作,避免了频繁更换的烦恼,但是PTC的跳闸时间较长,同等是0.2A的玻封保险管,电路达到8A的时候,几乎是10ms以内就可以跳闸,而PTC最短是200ms,这就导致了TVS的功率必须选得更大,以坚持到PTC跳闸(PTC要比TVS先失效才能起保护作用)。

    (2) 低速的问题

    一般的TVS的结电容为几十pF到数百pF,同功率等级,TVS电压越低,结电容越大,在小信号端口使用的功率TVS,除非是低电容的TVS,常规的功率TVS结电容都会在几十pF,因此小信号的速率不能过高,最好不要超过1Mbps。

    (3) 精确度问题

    上文提到的计算过程基本都是估算的,这是因为TVS和PTC属于电压和电流敏感型器件,失效模式都是热失效,细心的朋友会发现,厂家的TVS手册提供的电压、电流、温度等关系,都是给出一个大概的曲线图,都没有给出精确的计算公式。

    本文计算时虽然使用了精确的公式,但是都是极端情况下的,实际选用的TVS可以比计算值乘以系数0.5~0.8问题都不大,具体以实物测试为准。例如上例计算选择160A的TVS,实测使用100A的也能满足要求。

    2、可靠高效电路

    简单的过压保护电路一般加个TVS可以实现,当外部有瞬间高能量冲击时候它能够把这股能量抑制下来,虽然功率高,上千W都可以,但是维持抑制的时间很短很短,万一器件损坏或者长时间工作电压高于正常工作电压的时候,就力不从心了。

    所以最好的办法是设计一个智能电路了,如下所示:

     Vin正常输入电压时,稳压管没有反向击穿,R3,R4电流基本为0。PNP三极管的Vbe=0,即PNP三极管不导通。PMOS管Q4的Vgs由电阻R5,R6分压决定,PMOS管导通,即电源正常工作。

    当Vin输入大于正常输入电压,此时Vin>Vbr,稳压管被击穿,其上电压为Vbr。PNP三极管Q1导通,VCE≈0,即PMOS管的Vgs≈0,PMOS管不导通,电路断路,即实现了过压保护。

    若精度要求高,当然也可选用电压检测IC,实现电压监测。


    参考资料:

    TVS选型,让老人新人都能得心应手!

    老宇哥手把手教你分析过压保护电路设计,你GET到精髓了吗?

    【干货分享】TVS用于常规过压保护

    MOS管防反接防过压电路

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    简单的说就是做过压保护的,在通信等产品中很常见。连接时必须反向工作在电路电源、地两端,与稳压二极管类似,但不需要限流电阻。 压敏电阻也有类似作用,不过TVS管比压敏电阻性能要好,特别是反向导通的时间,远...

    瞬态抑制二极管即TVS管,tvs管是吸收浪涌功率用的,能在极短时间内承受反向电压冲击,使两极间的电压钳位于一个特定电压上,避免后面的电路受到冲击。简单的说就是做过压保护的,在通信等产品中很常见。连接时必须反向工作在电路电源、地两端,与稳压二极管类似,但不需要限流电阻。
      压敏电阻也有类似作用,不过TVS管比压敏电阻性能要好,特别是反向导通的时间,远远比压敏电阻要快,反向漏电流也小很多,允许工作温度也要高。
      在规定的反向应用条件下,当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时,其工作阻抗能立即降至很低的导通值,允许大电流通过,并将电压箝制到预定水平,从而有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏。
      最小的TVS管,比一颗白糖粒还小,但却能泄放高达20,000伏的电荷!保护手机、数码摄像机、数码相机和MP3播放器等高级电子设备。它的回应时间不到半纳秒,能以极快的速度应对释放的静电。这种全新的tvs管不仅可用于製造外形更小、更为复杂的电子设备,而且也有助于提高产品的可靠性和品质。

      TVS管可以按极性分为单极性和双极性两种,可分为单向tvs管和双向tvs管。如何区分呢?单向TVS的一端标有细色环,接正极;双向TVS管的中间标有两道环,或不标,无极性。

      双向TVS管可在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率,并把电压箝制到预定水平,双向TVS管适用于交流电路,单向TVS管一般用于直流电路。在反向工作时,在规定的脉冲条件下,器件允许通过的最大脉冲峰值电流。IPP与最大箝位电压Vc(MAX)的乘积,就是瞬态脉冲功率的最大值。

      单向TVS管的正向特性与普通稳压二极管相同,反向击穿拐点近似“直角”为硬击穿,为典型的PN结雪崩器件。从击穿点到Vc值所对应的曲线段表明,当有瞬时过压脉冲时,器件的电流急骤增加而反向电压则上升到箝位电压值,并保持在这一水平上。

      使用时应正确选取TVS,使额定瞬态脉冲功率PPR大于被保护器件或线路可能出现的最大瞬态浪涌功率。器件在发生击穿的区域内,在规定的试验电流I(BR)下,测得器件两端的电压称为击穿电压,在此区域内,二极管成为低阻抗的通路。


      双向tvs管特性

      如上图所示,双向TVS管的V-I特性曲线如同两只单向TVS“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箝位特性,正反两面击穿电压的对称关系为:0.9≤V(BR)(正)/V(BR)(反)≤1.1,一旦加在它两端的干扰电压超过箝位电压Vc就会立刻被抑制掉,双向TVS管在交流回路应用十分方便。


    转自:http://www.ruilon-tvs.com/news_view.asp?id=404


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双向过压保护二极管