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  • 瞬变电压抑制二极管(Transient Voltage Suppressor)是一种保护敏感元器件免受ESD和EMI浪涌脉冲的有效、低成本的...给出了TVS二极管选型及在电路设计中的典型应用,同时给出了TVS二极管的性能优化及使用时注意事项。
  • 以下是TVS二极管电路应用中的几个典型实例。
  • tvs二极管应用电路

    2019-09-26 23:58:10
    瞬态电压抑制器(TVS)具有响应...本文将结合TVS应用的特点及使用注意事项,介绍TVS的几种典型应用电路,并通过TVS在热插拔电路保护和汽车电源线保护中应用的实例,来详细探讨如何正确应用TVS和使TVS的应用效能最...

    瞬态电压抑制器(TVS)具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、交/直流电源、汽车、家用电器、仪器仪表等各个领域。本文将结合TVS应用的特点及使用注意事项,介绍TVS的几种典型应用电路,并通过TVS在热插拔电路保护和汽车电源线保护中应用的实例,来详细探讨如何正确应用TVS和使TVS的应用效能最佳。

      在实际的应用电路中,处理瞬时脉冲对器件损害的最好办法,就是将瞬时电流从敏感器件引开。为达到这一目的,将TVS在线路板上与被保护线路并联。这样,当瞬时电压超过电路正常工作电压后,TNS将发生雪崩击穿,从而提供给瞬时电流一个超低阻抗的通路,其结果是瞬时电流通过TVS被引开,从而避开被保护器件,并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。在此之后,当瞬时脉冲结束以后,TVS二极管再自动恢复至高阻状态,整个回路进入正常电压状态。

      1、TVS应用的三大特点

      1)将TVS二极管加在信号及电源线上,能防止微处理器或单片机因瞬间的脉冲,如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。

      2)静电放电效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲,并能持续10ms;而一般的TTL器件,遇到超过30ms的10V脉冲时,便会导至损坏。利用TVS二极管,可有效吸收会造成器件损坏的脉冲,并能消除由总线之间开关所引起的干扰(Crosstalk)。

      3)将TVS二极管放置在信号线及接地间,能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响。

      2、TVS管在使用中应注意的事项

      对瞬变电压的吸收功率(峰值)与瞬变电压脉冲宽度间的关系。手册给的只是特定脉宽下的吸收功率(峰值),而实际线路中的脉冲宽度则变化莫测,事前要有估计。对宽脉冲应降额使用。

      对小电流负载的保护,可有意识地在线路中增加限流电阻,只要限流电阻的阻值适当,不会影响线路的正常工作,但限流电阻对干扰所产生的电流却会大大减小。这就有可能选用峰值功率较小的TVS管来对小电流负载线路进行保护。

      对重复出现的瞬变电压的抑制,尤其值得注意的是TVS管的稳态平均功率是否在安全范围之内。

      3、TVS的典型应用电路

      3.1 TVS在交流电路中的应用

      图1所示是一个双向TVS在交流电路中的应用电路。应用TVS可以有效地抑制电网带来的过载脉冲,从而起到保护整流桥及负载中所有元器件的作用。图1中的TVS箝位电压应不大于电路的最大允许电压。

    tvs二极管应用电路

      图1 双向TVS在交流电路中的应用电路

      3.2 用TVS保护直流稳压电源

      图2是一个直流稳压电源,在其稳压输出端加上TVS,可以保护使用该电源的仪器设备,同时还可以吸收电路中晶体管的集电极到发射极间的峰值电压,从而保护晶体管。建议在每个稳压源的输出端增加一个TVS管,这样可以大幅度地提高整机的可靠性。

      tvs二极管应用电路

      图2 TVS保护直流稳压电源

      3.3 用TVS保护晶体管电路

      各种瞬变电压能使晶体管的EB结或CE结击穿而损坏,特别是晶体管集电极有感性(线圈、变压器、电动机)负载时,通常会产生高压反电势,因而可能使晶体管损坏。在实际应用中,建议采用TVS作为保护器件。图3所示为TVS保护晶体管的四种电路实例。

      tvs二极管应用电路

      图3 TVS保护晶体管电路

      3.4 用TVS保护集成运放

      集成运放对外界电应力非常敏感。因此,在使用运放的过程中,如果因操作失误或采取了不正常的工作条件,往往会出现过大的电压或电流,特别是浪涌和静电脉冲,从而很容易使运放受损或失效。图4所示是用TVS在运放差模输入端防止过压损伤的保护电路。

      tvs二极管应用电路

      图4 TVS在运放差模输入端防止过压损伤的保护电路

      4 TVS的应用实例

      4.1 TVS用于热插拔电路保护

      在热插拔应用中,TVS主要用作需要被中断的差模电流的接地分流路径。热插拔系统常被用在分布式电源系统中提供可靠的系统保护和电气管理,典型服务器系统的线卡接口和热插拔电路原理图如图5所示。

      tvs二极管应用电路

      图5 典型服务器系统的线卡接口和热插拔电路原理图

      从本质上讲,当检测到故障和电流中断期间的电流转换率可能达到100A/μs或以上时,图5中的通路MOSFET Q1将迅速被热插拔控制器关闭。不过,输入功率路径的电源轨总线结构难免出现寄生电感(与电源母线的长度和固有环路面积有关)。储存在该电感的能量将转移到电路中的其他元件,以致产生过压动态行为。为了防止下游元件被损坏,在分流保护配置中从VIN至GND处连接了响应速度快的单向TVS(瞬态电压抑制)硅二极管,如图5所示。

      应用于热插拔电路中的TVS选择可按照以下步骤进行:

      1)用切断电压VR选择单向TVS,该电压等于或大于直流或连续峰值工作母线电压水平。14V或15V TVS适合低阻抗12VDC±10%的服务器系统输入总线。

      2)根据热插拔控制器断路器阈值电压、响应时间和所选分流电阻器来确定峰值脉冲电流水平IP。

      3)利用公式TVS二极管的典型应用及实例分析 - 天涯 - 茶间寻找机遇 (式中,VC:钳位电压;IP:峰值脉冲电流;VC(max):最大钳位电压;VBR:击穿电压;IPP:采用10/1000 ms波形的VC(max)条件下的最大峰值脉冲电流。)由第2步和相关数据表参数给定的IP水平来计算电路钳位电压VC。VC是否足够低?如果不是,另一种方法是使用一个较大的TVS,以获得较陡峭的下降。请注意,VC的电压温度系数与VBR类似(例如在75℃的工作环境条件下,0.1%/℃意味着该系数增加了5%)。

      4)计算出VC和IP的乘积,以获得由TVS维持的实际峰值功率水平。

      5)利用公式TVS二极管的典型应用及实例分析 - 天涯 - 茶间寻找机遇 (式中,L为电路中的寄生电感)和已知的输入寄生电感来确定三角脉冲波形的脉冲持续时间td(即衰减到零的时间)。

      6)使用类似图6(a)曲线的第5步脉冲持续时间降额PPP。如前所述,三角脉冲电流波形可以实现比双指数参考波形曲线高33%的脉冲功率。

      7)使用类似图6(b)曲线的环境温度降额PPP。同时应该考虑相邻元件的相互热效应。

      8)第7步的净降额PPP是否实现了由第4步计算的实际TVS峰值功率的足够设计余量(至少50%)?如果没有,选择一个较大的TVS并重复1-8步骤。

      tvs二极管应用电路

      图6 (a)峰值脉冲功率与脉冲持续时间,(b)热降额特性

      4.2 TVS用于汽车电源线的初级保护和次级保护

      电子控制单元、传感器和信息娱乐系统等汽车电子设备连接在一根电源线上,如图7所示。这些电子产品的电源是电池和交流发电机,这两种电源的输出电压都不稳定,容易受温度、工作状态和其他条件影响。此外,使用燃油喷射系统、阀、电机、电气和水解控制器等电磁线圈负载的汽车系统,会把ESD、尖峰噪声和其他类型的瞬态和浪涌电压引入到电源和信号线上。因此,汽车设计中必须保护电子设备(例如控制单元、传感器和信息娱乐系统)免受电源线上出现的有害浪涌电压、瞬态电压、ESD和噪声的损害。瞬态电压抑制器(TVS)是汽车电子保护的理想方案,下面主要介绍TVS在汽车电源线中的初级保护和次级保护应用。

      tvs二极管应用电路

      图7 典型的汽车电源线

      4.2.1 汽车电源线初级保护(甩负荷)

      用于汽车电子初级保护的甩负荷TVS有两类:外延型和非外延型。在反偏模式下,这两组产品具有相似的击穿工作特性。不同之处在于,外延型TVS在正向模式下具有低正向压降(VF)特性,非外延型TVS在相同条件下VF相对较高。

      在反向电源输入模式中,电源线电压与TVS VF的电压相同,这种反偏模式会引起电子线路故障,外延型TVS的低正向压降能够很好地解决这个问题,如图8所示。

      tvs二极管应用电路

      图8 TVS用于汽车电源线初级保护

      4.2.2 汽车电源线的次级保护

      汽车系统中保护电路的初级对象是高浪涌电压,但是被钳位的电压仍然很高。因此,在24V动力总成中的次级保护特别重要,比如卡车和货车中的动力总成。其主要原因是因为大多数稳压器和DC-DC转换器IC的最大输入电压是45V~60V。对于此类应用,建议使用图9中的次级保护。在电源线上增加电阻R可以减小瞬态电流,这样就可以使用更小额定功率的TVS作为次级保护。

      tvs二极管应用电路

      图9 次级保护

      5 TVS二极管效能最佳化

      如何使TVS在电路中应用的效能最佳?印制电路板的布线及电路元件的选择很重要,通过合理放置TVS的位置、接地选择、寄生电感和回路区的处理,以及突崩式TVS与二极管阵列、单向与双向突崩式TVS二极管、外部与内部晶片保护电路的比较,科学合理地进行PCB的布线和TVS元件的选择,使TVS的效能最佳化。

    转载于:https://www.cnblogs.com/isAndyWu/p/9796592.html

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  • TVS二极管 瞬态抑制二极管简称TVS(TransientVoltageSuppressor),TVS的电气特性由P-N结面积,参杂浓度及晶片阻质决定的。其耐突波电流的能力与其P-N结面积成正比。 反映速度快(为pS级),体积小,箝位电压低,...
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  • 本篇文章先是给出了电路中选择TVS二极管的步骤方法,而后给出了相应的保护计算实例。可谓理论联系实际的经验范例,希望大家在阅读过本篇文章之后能对电路TVS二极管的选择有进一步的认识。
  • 本文将介绍如何正确选择电路当中的TVS二极管
  • 浅析TVS二极管电路中的响应时间

    千次阅读 2019-04-03 11:32:52
    随着便携电子产品的普及化,TVS二极管迅速成为遍及使用的一种新式高效电路维护器材,深受电子行业的青睐与喜爱,它具有极快的呼应时刻(亚纳秒级)和适当高的浪涌吸收能力。当它的两头饱尝刹那间的高能量冲击时,TVS...

    随着便携电子产品的普及化,TVS二极管迅速成为遍及使用的一种新式高效电路维护器材,深受电子行业的青睐与喜爱,它具有极快的呼应时刻(亚纳秒级)和适当高的浪涌吸收能力。当它的两头饱尝刹那间的高能量冲击时,TVS二极管能以极高的速度把两头间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗,以吸收一个刹那间大电流,然后把它的两头电压箝制在一个预订的数值上,然后维护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。也正因为如此,TVS二极管可用于维护设备或电路免受静电、电理性负载切换时发生的瞬变电压,以及感应雷所发生的过电压。

    TVS二极管在电路中的曲线特性:

    TVS二极管和稳压管相同,也是反向使用的。其间VR 称为最大转机电压,是反向击穿之前的临界电压。VB 是击穿电压,其对应的反向电流IT 通常取值为1 mA。VC 是额定箝位电压,当TVS管中流过的峰值电流为IPP 的大电流时,管子两头电压就不再上升了。因此TVS二极管能够始终把被维护的器材或设备的端口电压约束在VB~VC 的有用区内。

    TVS二极管与稳压管不一样的是,IPP 的数值可达数百安培,而箝位呼应时刻仅为1×10-12s。TVS二极管的额定允许脉冲功率为PM=VCIPP,且在给定额定钳位电压下,功耗PM 越大,其浪涌电流的接受能力越大。

    图中,曲线1 是TVS二极管中的电流波形,能够看出:其流过TVS二极管的电流由1mA 俄然上升到峰值后,然后按指数规则降低。曲线2 是TVS二极管两头的电压波形,它表明TVS管中的电流俄然上升时,TVS二极管两头电压也随之上升。在浪涌电压的效果下,TVS二极管南北极间的电压由额外反向关断电压VRWM 上升到击穿电压VB 而被击穿。跟着击穿电流的呈现,流过TVS二极管的电流将到达峰值脉冲电流IPP,同时其两头的电压被箝位到预订的额定箝位电压VC 以下。

    这以后,跟着脉冲电流按指数衰减,该进程中,TVS二极管南北极间的电压也不断降低,最终康复到初态,这即是TVS二极管按捺也许呈现的浪涌脉冲功率,维护电子元器材的进程。事实上,当TVS二极管南北极遭到反向高能量冲击时,它能以10-12s 级的速度,将其南北极间的阻抗由高变低,以吸收高达数千瓦的浪涌功率,使南北极间的电位箝坐落预订值,然后有用地维护电子设备中的元器材免受ESD 的危害。
     

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  • 描述tvs二极管简介TVS二极管又称为瞬态抑制二极管,是普遍使用的一种新型高效电路保护器件,它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时,TVS能以极高的速度把两端间...

    描述

    tvs二极管简介

    TVS二极管又称为瞬态抑制二极管,是普遍使用的一种新型高效电路保护器件,它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时,TVS能以极高的速度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,把它的两端电压箝制在一个预定的数值上,从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。

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    TVS二极管分类及特点:

    tvs二极管分类:

    TVS器件可以按极性分为单极性和双极性两种,按用途可分为各种电路都适用的通用型器件和特殊电路适用的专用型器件。如:各种交流电压保护器、 4~200mA电流环保器、数据线保护器、同轴电缆保护器、电话机保护器等。若按封装及内部结构可分为:轴向引线二极管、双列直插TVS阵列(适用多线保护)、贴片式、组件式和大功率模块式等。

    TVS二极管特点:

    (1)将TVS二极管加在信号及电源线上,能防止微处理器或单片机因瞬间的肪冲,如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。

    (2)静电放电效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲,并能持续10ms;而一般的TTL器件,遇到超过30ms的10V脉冲时,便会导至损坏。利用TVS二极管,可有效吸收会造成器件损坏的脉冲,并能消除由总线之间开关所引起的干扰(Crosstalk)。

    (3)将TVS二极管放置在信号线及接地间,能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响。

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    TVS二极管的四大应用:

    (1)TVS二极管在TN电源系统的应用

    雷电过电压波、负载开关等人为操作错误引起的过电压容易通过供电线路侵入电气电子设备内部,造 成电气电子设备失效、误动作,甚至造成设备的永久性损坏,造成严重经济损失。通过在电源线路上安装浪涌吸收装置MOV和TVS,实施两级保护,并对L、N 线进行共模、差模保护。具体做法是在线路的前端安装MOV作为第一级SPD保护,泄放大部分雷电流,在线路的末端(设备前端)安装大功率TVS二极管作为第二 级SPD保护,进一步削弱过电压波幅值,将电网电压降至E/I安全耐压范围之内。

    要注意的是,MOV与TVS应达到电压和能量的协调与配合,AB之间的线 路长度不应小于5 m,否则应增加线路长度或安装退耦器件。

    ()2)TVS二极管在网络信号线路的应用

    TVS二极管不仅可以用于电源系统的浪涌防护,还可以用于信号线路的浪涌保护,采用气体放电管GDT与TVS二极管组合成信号浪涌保护器,其特点是反应快,漏流小,几乎对信号无损耗,可以对高速网络线路提供安全、可靠的保护。

    (3)TVS二极管在直流电源系统的应用

    一台普通PC电脑的供电电源电路,市电AC 220 V经过变压器降压至AC 20 V,再经调制整流电路,输出DC 10 V 直流电源,接入负载。通过在变压器输出端安装双向瞬态电压抑制器TVS1,吸收L 及N 线的瞬时冲击脉冲电流,将电路电压箝制在安全电压水平,TVS1可以保护变压器后端整流器及其他电路元器件。在整流器后的直流电源输出端安装单向瞬态电压 抑制器TVS2,用于保护直流负载免受过电压电电流冲击。

    (4)TVS二极管在晶体管电路的应用

    晶体三极管作为电流控制型器 件,是电子集成电路中的重要组成部分,可分为NPN 管和PNP 管[5]两类,应用于开关电路、放大电路和稳压电路。为了使晶体管电路免受ESD/EFT(静电放电/电快速瞬变脉冲群)等浪涌电压的干扰,在电路的输入 端和输出端分别加入TVS1、TVS2进行保护。

    tvs二极管有正负极吗?TVS管正负极区分方法

    单向的TVS管有正负极的区别,使用方法与稳压管方法一致 ,双向的TVS无正负极区别。单向TVS用表测试时和普通二极管特性接近,也是单向导通,正向导通约0.6V压降,方向低压时无穷大,超过其雪崩电压才导通,双向TVS相当于两只特性一致的单向TVS复合,普通表测都不导通。下面是深圳踏歌电子技术小编为大家准备的单双管的比例区别:

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    一、用万用表测

    测量二极管的档位,单向一边通,双向2边都有电压;

    测直流,双向对称,单向只有反向是雪崩击穿特性,一般1mA下测。

    4.所有TVS管放大后会有根阴极线,它是用来区分二极管的正负极的,与单双向无关。

    二、单/双向使用上的不同点

    1. 单向用在直流。双向用在交流;

    2. TVS管有单向与双向之分,单向TVS管的特性与稳压二极管相似,双向TVS管的特性相当于两个稳压二极管反向串联;

    3. 极间电容Cj单向的比双向的大,以LRC的为例,单向的电容C有65PF,双向的只有15PF;

    4. USB数据线上全部用的双向;

    5. 电流曲线不同。单方向的TVS管的电路符号与普通的稳压管相同,其电压-电流特性曲线如图3所示,其正向特性与普通二极管相同,反向特性为典型的PN结雪崩器件,双向二极管正反向都是典型的PN结雪崩器件。

    在TVS管选型方面还是需要专业工程师指导,经过参数领域分析后针对性选型比较安全。

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    稳压二极管和TVS二极管


    一、稳压二极管和TVS二极管原理
    1、稳压二极管
    稳压二极管是一种利用PN结属于反向击穿电压基本保持不变,但是电流可以在一定范围值内变化,稳压二极管在反向击穿电压前具有高阻态,超过这个临界点就处于低阻态。稳压二极管广泛应用于各种稳压电路、电压基准元器件等场合,它可以串联使用,这样可以获得更高的稳压值。
    在这里插入图片描述

    稳压二极管在电路中常用“ZD”表示,稳压二极管最主要的几个参数有:
    稳压值、耗散功率、最大工作电流,在设计时要充分考虑这三个因素。
    2、TVS二极管
    TVS二极管是一种瞬态抑制二极管,是一种具有涌浪吸收能力的半导体器件,它的响应时间极快,可以达到亚纳秒级,因此一旦电路收到瞬间高能量冲击的时候,它能够把这股能量抑制下来,通过吸收来自电路的瞬间大电流、高电压钳位,最终的结果是保护后面的设备或者电路。
    TVS二极管有单向和双向之分,单向多用于直流电路,双向多用于交流电路,在电路当中与被保护线路并联,一旦瞬时电压超过电路正常工作电压后,TVS二极管便发生雪崩效应,提供给瞬时电流一个超低电阻通路,从而使得被保护器件或设备避免受到损毁。因此这种TVS二极管非常适用于对ESD敏感的电路以及过压电路。如下图,单向TVS管接入电路时候极性要与电源输入极性相反,这样电路才能起作用。
    在这里插入图片描述

    二、稳压二极管和TVS二极管的区别
    1、符号封装
    稳压二极管和TVS二极管的电路符号和稳压二极管基本相同,封装也差不多,有时候在外观甚至很难分别出来到底哪个是哪个;
    2、电路接法
    稳压二极管和TVS二极管在电路都是反向接入,也就是利用它的反向特性,利用PN结雪崩效应,在反向击穿前均有一个临界电压,在反向接入电路都具有稳压作用,但是也不尽相同,稳压二极管利用的是把输入电压固定在某个数值,而TVS二极管主要是防止瞬态高压对后级电路进行钳位;
    3、响应时间
    稳压二极管一般不会讲响应时间,更多的是关注稳压值,但是对于TVS二极管不一样,它的特性决定着它拥有不同的作用,TVS二极管具有瞬态抑制高能量作用,因此要求在较短时间内把较高能量瞬间吸收,因此这个时间很短,达到纳秒级别;
    4、功率大小
    稳压二极管的功率一般不是很大,常见的稳压二极管有1W、2W等,它的功率由它所允许的温升决定,实际是稳定电压与电流的乘积,例如对于稳压二极管1N4742A,它的功率最大只有1W,稳压值是12V,那么通过它的电流一般不能超过80mA,要不然管子会发热的厉害;对于TVS二极管,它讲究的是瞬时脉冲功率,这个功率值很高,能达到上千瓦,只是这个时间值维持很小。

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  • TVS二极管失效分析

    2021-01-20 00:40:07
    摘要:常用电路保护器件的主要失效模式为短路,瞬变电压抑制器(TvS)亦不例外。TvS 一旦发生短路失效,释放出的高能量常常会将保护的电子设备损坏.这是 TvS 生产厂家和使用方都想极力减少或避免的情况。通过对 TVS ...
  • 在国内外电子产品和高可靠设备中,TVS二极管的应用十分普遍,随着TVS的应用范围和使用数量的增加,TVS二极管的可靠性备受关注,这可靠性不仅是TVS自身的,而且还关系到被保护电子电路中的使用可靠性。为此,电路保护...
  • 不断发展的科技为我们带来了更快传输率的USB 3.0,大大提高了最大总线功率和设备电流、提供全新的电源管理功能以及向下兼容USB2.0的新型电缆和连接器。
  • 详解tvs二极管

    2019-11-13 10:57:47
    提及电路保护元器件,对于行业人而言,能够夸夸其谈,三天三夜都说不完;而对于行外人或者刚入门的人而言,犹如看天书,稍不慎,很容易掉进盲区。不可否认,在这个网络信息技术发达的时代,关于tvs管各种各类的信息...

空空如也

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