EMC防護器件中的TVS怎么理解

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電壓及電流的瞬態干擾是造成電子電路及設備損壞的主要原因，常給人們帶來無法估量的損失。這些干擾通常來自于電力設備的起停操作、交流電網的不穩定、雷電干擾及靜電放電等,瞬態干擾幾乎無處不在、無時不有,使人感到防不勝防。幸好,一種高效能的電路保護器件TVS的出現使瞬態干擾得到了有效抑制。

TVS（TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR）或稱瞬變電壓抑制二極管是在穩壓管工藝基礎上發展起來的一種新產品，其電路符號和普通穩壓二極管相同,外形也與普通二極管無異,當TVS管兩端經受瞬間的高能量沖擊時，它能以極高的速度（最高達1*１0-12秒）使其阻抗驟然降低，同時吸收一個大電流，將其兩端間的電壓箝位在一個預定的數值上，從而確保后面的電路元件免受瞬態高能量的沖擊而損壞。

TVS的特性及其參數

圖1 TVS特性曲線

1.TVS的特性

如果用圖示儀觀察TVS的特性，就可得到圖1中左圖所示的波形。如果單就這個曲線來看,TVS管和普通穩壓管的擊穿特性沒有什么區別，為典型的PN結雪崩器件。

但這條曲線只反映了TVS特性的一個部分，還必須補充右圖所示的特性曲線，才能反映TVS的全部特性。這是在雙蹤示波器上觀察到的TVS管承受大電流沖擊時的電流及電壓波形。

圖中曲線1是TVS管中的電流波形，它表示流過TVS管的電流由1mA突然上升到峰值，然后按指數規律下降，造成這種電流沖擊的原因可能是雷擊、過壓等。曲線2是TVS管兩端電壓的波形，它表示TVS中的電流突然上升時，TVS兩端電壓也隨之上升，但最大只上升到VC值，這個值比擊穿電壓VBR略大，從而對后面的電路元件起到保護作用。

TVS的參數

A. 擊穿電壓（VBR）：TVS在此時阻抗驟然降低，處于雪崩擊穿狀態。

B. 測試電流（IT）：TVS的擊穿電壓VBR在此電流下測量而得。一般情況下IT取１MA。

C. 反向變位電壓（VRWM）：TVS的最大額定直流工作電壓,當TVS兩端電壓繼續上升，TVS將處于高阻狀態。

D. 最大反向漏電流（IR）：在工作電壓下測得的流過TVS的最大電流。

E. 最大峰值脈沖電流（IPP）：TVS允許流過的最大浪涌電流，它反映了TVS的浪涌抑制能力。

F. 最大箝位電壓（VC）：當TVS管承受瞬態高能量沖擊時，管子中流過大電流，峰值為IPP，端電壓由VRWM值上升到VC值就不再上升了，從而實現了保護作用。浪涌過后，隨時間IPP以指數形式衰減，當衰減到一定值后，TVS兩端電壓由VC開始下降,恢復原來狀態。最大箝位電壓VC與擊穿電壓VBR之比稱箝位因子Cf，表示為Cf= VC /VBR，一般箝位因子僅為1.2～1.4。

G. 峰值脈沖功率(PP)：PP按峰值脈沖功率的不同TVS分為四種，有500Ｗ、600Ｗ、1500Ｗ和5000Ｗ。最大峰值脈沖功率：最大峰值脈沖功率為：PN=VC·IPP。顯然，最大峰值脈沖功率愈大,TVS所能承受的峰值脈沖電流IPP愈大；另一方面，額定峰值脈沖功率PP確定以后，所TVS能承受的峰值脈沖電流IPP，隨著最大箝位電壓VC的降低而增加。TVS最大允許脈沖功率除了和峰值脈沖電流和箝位電壓有關外，還和脈沖波形、脈沖持續時間和環境溫度有關。

TVS所能承受的瞬時脈沖峰值可達數百安培，其箝位響應時間僅為1*10-12 秒；TVS所允許的正向浪涌電流,在 25℃,1/120秒的條件下,也可達50-200安培。一般地說,TVS所能承受的瞬時脈沖是不重復的脈沖。而實際應用中，電路里可能出現重復性脈沖。

TVS器件規定,脈沖重復率比(脈沖持續時間和間歇時間之比)為0.01%。如不符合這一條件，脈沖功率的積累有可能使TVS燒毀。電路設計人員應注意這一點。TVS的工作是可靠的，即使長期承受不重復性大脈沖的高能量的沖擊，也不會出現"老化"問題。試驗證明，TVS安全工作于10000次脈沖后,其最大允許脈沖功率仍為原值的80％以上。

TVS主要用于對電路元件進行快速過電壓保護。它能"吸收"功率高達數千瓦的浪涌信號。TVS具有體積小、功率大、響應快、無噪聲、價格低等諸多優點,它的應用十分廣泛，如:家用電器；電子儀器；儀表；精密設備；計算機系統；通訊設備;RS232、485及 CAN等通訊端口；ISDN的保護；I/O端口；IC電路保護；音、視頻輸入；交、直流電源；電機、繼電器噪聲的抑制等各個領域。它可以有效地對雷電、負載開關等人為操作錯誤引起的過電壓沖擊起保護作用，下面是幾個TVS在電路應用中的典型例子。

TVS的選用方法

1.確定待保護電路的直流電壓或持續工作電壓。如果是交流電，應計算出最大值，即用有效值*1.414。

2.TVS的反向變位電壓即工作電壓（VRWM）--選擇TVS的VRWM等于或大于上述步驟1所規定的操作電壓。這就保證了在正常工作條件下TVS吸收的電流可忽略不計,如果步驟1所規定的電壓高于TVS的VRWM ,TVS將吸收大量的漏電流而處于雪崩擊穿狀態，從而影響電路的工作。

3.最大峰值脈沖功率：確定電路的干擾脈沖情況,根據干擾脈沖的波形、脈沖持續時間,確定能夠有效抑制該干擾的TVS峰值脈沖功率。

4.所選TVS的最大箝位電壓（VC）應低于被保護電路所允許的最大承受電壓。

5.單極性還是雙極性-常常會出現這樣的誤解即雙向TVS用來抑制反向浪涌脈沖，其實并非如此。雙向TVS用于交流電或來自正負雙向脈沖的場合。TVS有時也用于減少電容。如果電路只有正向電平信號，那麼單向TVS就足夠了。TVS操作方式如下：正向浪涌時,TVS處于反向雪崩擊穿狀態；反向浪涌時，TVS類似正向偏置二極管一樣導通并吸收浪涌能量。在低電容電路里情況就不是這樣了。應選用雙向TVS以保護電路中的低電容器件免受反向浪涌的損害。

6.如果知道比較準確的浪涌電流IPP，那么可以利用VC來確定其功率，如果無法確定功率的大概范圍，一般來說，選擇功率大一些比較好。

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