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  • TVS参数详解

    千次阅读 2020-03-14 14:05:30
    TVS(Transient Voltage Suppression)即瞬态电压抑制二极管,常见的保护电路器件。TVS是采用半导体工艺制成的具有单个PN结或多个PN结集成的器件。 TVS 反向并联在电路中,当电路正常工作时,处于高阻状态截止可以...

    TVS(Transient Voltage Suppression)即瞬态电压抑制二极管,常见的保护电路器件。TVS是采用半导体工艺制成的具有单个PN结或多个PN结集成的器件。

    TVS 反向并联在电路中,当电路正常工作时,处于高阻状态截止可以理解为开路。当电路异常超过击穿电压时,TVS迅速由高阻状态变为低电阻状态,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后级电路可承受的安全水平之内,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。

    在这里插入图片描述

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

    单向TVS (Unidirectional TVS)

    在这里插入图片描述
    对应的V-I曲线为:

    在这里插入图片描述

    对于单向TVS,当有负半周的电压时,相当于二极管正常导通钳位电压大概在0.7V。当然负半周电压超过耐压值会将TVS烧毁。

    双向TVS (Bidirectional TVS)

    在这里插入图片描述
    对应的V-I曲线为:

    在这里插入图片描述

    参数
    • 最高工作电压 V W M V_{WM} VWM

    正常工作时,TVS 应该是不工作的,所以 V W M V_{WM} VWM应大于线路上最高工作电压。这样才能保证TVS 在电路正常工作下不会影响电路工作。但也不能选的太高,如果太高,钳位电压也会较高,所以在选择 V W M V_{WM} VWM 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。

    • 击穿电压 V B R V_{BR} VBR

    击穿电压是指在V-I 特性曲线上,在规定的脉冲直流电流 IR或接近发生雪崩的电流条件下测得 TVS两端的电压。对于低压TVS,由于漏电流较大,所以测试电流选取的IR较大,如SMAJ5.0A,测试电流IR 选取10mA。使用脉冲恒流源对TVS 施加IR大小的电流时,读出TVS 两端的电压则为击穿电压。电流施加时间应不超过400ms,以免造成TVS 受热损坏。 V B R M I N V_{BR_{MIN}} VBRMIN V B R M A X V_{BR_{MAX}} VBRMAX是TVS 击穿电压的一个偏差,一般TVS 为±5%的偏差。

    • 钳位电压 V C V_{C} VC,峰值脉冲电流 I P P I_{PP} IPP

    I P P I_{PP} IPP: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,如下图所示。
    V C V_{C} VC:钳位电压,施加规定波形的峰值脉冲电流 I P P I_{PP} IPP 时,TVS 两端测得的峰值电压。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。

    I P P I_{PP} IPP V C V_{C} 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 V C V_{C} VC 这个参数,对于同一型号TVS,在相同 I P P I_{PP} IPP下的 V C V_{C} VC 越小,说明TVS 的钳位特性越好。TVS 的耐脉冲电流冲击能力可以参考 I P P I_{PP} IPP,同型号的TVS, I P P I_{PP} IPP 越大,耐脉冲电流冲击能力越强。

    在这里插入图片描述

    • 额定功率 P P P M P_{PPM} PPPM

    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:
    P P P M P_{PPM} PPPM= V C V_{C} VC* I P P I_{PP} IPP

    • 漏电流 I R I_R IR

    对于一些低功耗电路,要特别关注 I R I_R IR。如果在电压允许的情况下,尽量选择10V 以上的TVS,漏电流会比较小。当然也有低功耗专用的TVS。

    • 结电容

    TVS 的结电容一般在几十pF到几十nF。对于同一功率等级的TVS,其电压越低,电容值越大。在一些通信总线上尤其是高速线,要注意TVS 的结电容过大可能会影响总线。

    • 封装形式

    TVS 的功率从封装形式上也可以体现,封装体积越小,其功率一般也越小,因为TVS 的芯片面积直接决定了TVS 的功率等级。可根据电路设计及测试要求选择合适封装的TVS 器件。

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  • TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时,它能以10-12秒量级的速度,将其两极间的高阻抗变为低阻抗,吸收高达千瓦的浪涌功率,使两极间的电压箝位于一个预定值,有效地保护电子线路中的精密元器件,免受各种浪涌脉冲的...

    硬件设计:电路防护--TVS管

    参考资料:TVS参数及选型方法

     TVS参数理解

     深圳市硕凯电子有限公司元器件产品说明

      TVS(Transient Voltage suppressor)或称瞬变电压抑制二极管。当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时,它能以10-12秒量级的速度,将其两极间的高阻抗变为低阻抗,吸收高达数千瓦的浪涌功率,使两极间的电压箝位于一个预定值,有效地保护电子线路中的精密元器件,免受各种浪涌脉冲的损坏。

    一、TVS工作原理

      TVS用于瞬间脉冲的抑制,与受保护器件并联。在正常工作状态下,TVS对受保护线路呈现高阻抗状态,当瞬间电压超过其击穿电压VBR时,TVS就提供低阻抗路径给瞬间电流。使外界流向被保护器件的脉冲电流大部分流向TVS管,而受保护器件两端的电压被限制在TVS两端的钳制电压(Clamping Volatage),当过压消失后,TVS二极管又将恢复到高阻抗状态。其单向TVS管和双向TVS管的V-I特性曲线如图1。

    图1 TVS管特性曲线

    二、TVS参数

      2.1、Vc--Clamping Voltage @Ipp(最大箝位电压)

        最大箝位电压是指在瞬变电压抑制二极管流过脉冲峰值电流Ipp时两端所呈现的电压值,如图1。

      2.2、VRWM--Working Peak Reverse Voltage(最大反向电压)

          Ir--Maximum Reverse Leakage Current @VRWM(最大反向漏电流)

        最大反向电压表示TVS管不导通时的最高电压,通常VRWM=(0.8~0.9)VBR,此时TVS只有很小的反向漏电流Ir,如图1。

      2.3、VBR--Breakdown Voltage @IT(反向击穿电压)

        TVS管通过规定的测试电流IT时的电压,这也是TVS管导通的标志电压。TVS管的击穿电压有±5%的误差范围(不带“A”的为±10%)。

      2.4、Ppp--Maximum Peak Pulse Power(最大峰值脉冲功率)

        脉冲峰值功率Ppp是指10/1000us波的脉冲峰值电流Ipp与最大箝位电压Vc的乘积,即Ppp=Ipp*Vc。

      2.5、Cj--Junction Capacitance(结电容)

        Cj主要是指TVS连接GND和I/O时,具有的电容值。Cd为TVS管的引脚寄生电容,通信速率越高,线路上使用的ESD保护期间的结电容要越低,否则将破坏数据信号。

      2.6、Ipp--Peak Forward Surage Current(最大脉冲峰值电流)

        TVS管可以承受的最大脉冲峰值电流。

    三、TVS选型

      3.1、最大篏位电压Vc的选择

        瞬变电压抑制二极管(TVS)的最大箝位电压不能大于被防护电路可以承受的最大电压,否则会对被保护器件造成损坏。

      3.2、脉冲峰值电流IPP的选择

        如果清楚了解流过TVS管的脉冲峰值电流时,可根据所需要的IPP和Vc计算瞬变电压抑制二极管的最大峰值脉冲功率,然后再选取合适的TVS管。如果无法确定TVS管的脉冲峰值电流的大致范围,则尽量选用功率大的TVS管。当TVS管作为第二级保护时,一般使用500W~600W的器件就可以。   

      3.3、最大反向工作电压VRWM和击穿电压VBR的选择(二者定其一即可)

        TVS管的最大反向电压VRWM不应低于电路的最大工作电压,一般可选择VRWM等于或略高于电路最高工作电压UM;按照VRWM=(0.8~0.9)VBR,击穿电压可按公式:VBRmin≥1.2UM或VRWM≥1.1UM选择。直流时,UM即为直流电压;交流时,UM为交流电压的有效值。

    四、TVS使用注意事项

      4.1、TVS管使用时,一般并联在被保护电路上,为了限制流过TVS管的电流不超过管子允许通过的峰值电流IPP,应在线路上串联限流元件,如电阻、自恢复保险丝、电感等。

      4.2、当TVS管用于信号传输电路保护时,一定要注意传输信号的频率和传输速率,信号频率或传输速率较高时,应选用低电容值的TVS管。信号频率(传输速率)≧10MHz(Mb/s)时,Cj应该满足≦60pF;信号频率(传输速率)≧100MHz(Mb/s)时,Cj应该满足≦20pF。

      4.3、TVS管所能承受的瞬态脉冲是不重复的,器件规定的脉冲重复频率(持续时间和间歇时间之比)为0.01%,如果电路中出现重复性脉冲,应考虑脉冲功率的累积,不然容易损坏TVS管。

    五、TVS特点

      优点:1、响应速度快(ps级)、瞬态功率大、漏电流低;

         2、击穿电压有从6.8V~550V的系列值,便于各种不同电压的电路使用;

         3、钳制电压较准确(±5%);

      缺点:1、结电容比较大(十几pF~几百pF); 

         2、耐浪涌冲击能力较放电管和压敏电阻差,通流量一般在0.52A~544A的范围内;

     

    TVS的IV特性曲线见下图,第一象限是作为二极管时的输出特性曲线,有我们熟知的正向导通电压导通电流两个参数。

    TVS是利用反向时来箝位电压,是反接、并联在电路中,反向工作时工作在上图第三象限,我们就介绍第三象限中的主要参数。

    VRWM:Peak Reverse Working Voltage,反向工作电压,也有称之为变位电压,在这个工作电压下,我们可以看到VRWM对应的电路IR是很小的,此时TVS的功耗也就非常小。

    需要注意的是,VRWM一定要大于器件工作时的电压,比如某信号是3.3V,则并联的TVS的VRWM一定要大于3.3V,否则TVS会把3.3V的信号当做干扰抑制,或者功耗很大。

    IR:Reverse Leakage Current @ VRWM,漏电流,TVS工作在VRWM时的电流,这是一种漏电流,电流值很小,在0V~VRWM电压之间,IR约等于0.

    VBR:Breakdown Voltage @ IT,击穿电压。在试验电流IT(test current)下,TVS反向导通时两端的电压,此时TVS处于低阻抗通路。高脉冲此时开始被导通到地回路。

    VC:Clamping Voltage @ IPP,箝位电压,在峰值电流IPP作用下,TVS两端的电压称为箝位电压,这是非常重要的参数,峰值电流IPP作用下,大部分能量是通过TVS流到地,电压被箝位,进而保护了TVS后面的电路。

    VC一定要小于后面电路的正常最大工作电压,因为,如果VC高于器件的正常工作电压,那么峰值脉冲被箝位在VC后,VC高于器件承受电压,器件还是会损坏。

    以上就是TVS重要参数的解读,我们一定要正确选型TVS,来有效抑制ESD引起的瞬时大脉冲,同时又不会干扰到电路本身工作工作。

    作者:Wcat

    出处:https://www.cnblogs.com/wcat/

    转载于:硬件设计:电路防护--TVS管 - Wcat - 博客园 (cnblogs.com)

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  • TVS参数、选型、使用注意事项

    千次阅读 多人点赞 2019-11-05 13:32:24
    本博客主要讲述TVS参数和使用注意事项。

    一、TVS保护的原理

    其原理像稳压二极管,都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TVS管的受到反向瞬态高能量冲击是,它能以极高的速度(亚纳秒级)将两级间的阻抗变为低阻抗,从而具有很好的浪涌功率吸收能力,同时也能使两级之间的电压钳位在一个预定值,有效的保护电路后端元器件。

    在这里插入图片描述

    TVS与被保护电路并联

    二、TVS参数的解读

    如下是一个5V TVS管的SPEC参数,光看SPEC参数我们可能比较难理解。
    在这里插入图片描述

    TVS电气参数
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  • TVS管相关知识

    万次阅读 2011-07-14 22:48:00
    在设计中,使用到了TVS管,在之前的设计中没有特别关注TVS管。今天查了一些资料,算是简单的有个了解。TVS管是一种保护器件。它的英文全称为 transient voltage suppressor,意思是瞬态电压抑制器。TVS管是一种...

     

    在设计中,使用到了TVS管,在之前的设计中没有特别关注TVS管。今天查了一些资料,算是简单的有个了解。

    TVS管是一种保护器件。它的英文全称为 transient voltage suppressor,意思是瞬态电压抑制器。TVS管是一种二极管形式的器件。其原理有点像稳压二极管,都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TVS管的受到反向瞬态高能量冲击是,它能以极高的速度(亚纳秒级)将两级间的阻抗变为低阻抗,从而具有很好的浪涌功率吸收能力,同时也能使两级之间的电压保持在一个预定值,有效的保护电路中其他元器件的免受浪涌脉冲的损坏。
    顺便把TVS管和稳压管两者比较一下:
    【相同点】
    1.都可以限制两端电压在一定得范围内。
    2.长时间耐流值差不多,跟体积功耗有关。
    【不同点】
    1.电压精度上   稳压管的稳压值比较精确,TVS是在一个范围内
    2.通流能力上   稳压管的耐涌浪电流很小,而TVS可以达到几百A
    3.原理上       稳压管是齐纳隧道效应或雪崩效应,TVS是雪崩效应
    4.应用上       稳压管用于稳压,TVS用于瞬态高压保护
    5.稳压值上     稳压管3.3V~75V,TVS管6.8V~550V
    6.响应时间     TVS可以达到1ps
    比较后就比较清楚了,稳压二极管和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。


    figure1 datasheet中的选型参数

    第一栏和第二栏是和具体器件相关的,我们不管它。

    REVERSE STAND-OFF VOLTAGE VRWM(V) 反向峰值电压,这个即TVS管的工作电压,保证在正常工作时,TVS管两端的电阻很大,这就保证了TVS管吸收的电流可以忽略不计。一般来说,这个值等于或略大于正常工作电压。

    BREAKDOWN VOLTAGE VBR(V) MIN & MAX @IT 反向击穿电压,表明在直流电流IT条件下,测得的反向电压值,表明从此点开始器件进入反向雪崩击穿。

    TEST CURRENT IT(mA) 测试电流,用来规定器件的反向击穿电压值。

    MAXIMUM CLAMPING VOLTAGE @IPP Vc(V)最大钳位电压,在规定的脉冲时间tr/tp内,承受的最大峰值电流Ipp是,加在器件上的最大电压值。

    PEAK 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管的反向电流。

    还有就是:

    Cj Junction Capacitance 接电容,主要指TVS和GND或IO连接时,具有的电容值。

    还有部分作为高速IO上保护的TVS,还会给出insert loss @ Freq。以便确认是否能作为保护器件。

    得知了这些参数后,就可以选择合适的器件用以自己的电路上了,网上流行这样的选型原则。

    ①  TVS额定反向关断电压VWM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。

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