處理瞬時(shí)脈沖對(duì)元件損害的最好辦法是將瞬時(shí)電流從感應(yīng)元件引開(kāi)。 TVS二極管在線(xiàn)路板上與被保護(hù)線(xiàn)路并聯(lián),當(dāng)瞬時(shí)電壓超過(guò)電路正常工作電壓后,TVS二極管便產(chǎn)生雪崩,提供給瞬時(shí)電流一個(gè)超低電阻通路,其結(jié)果是瞬時(shí)電流透過(guò)二極管被引開(kāi),避開(kāi)被保護(hù)元件,并且在電壓恢復(fù)正常值之前使被保護(hù)回路一直保持截止電壓。當(dāng)瞬時(shí)脈沖結(jié)束以后,TVS二極管自動(dòng)回覆高阻狀態(tài),整個(gè)回路進(jìn)入正常電壓。許多元件在承受多次沖擊后,其參數(shù)及性能會(huì)產(chǎn)生退化,而只要工作在限定范圍內(nèi),二極管將不會(huì)產(chǎn)生損壞或退化。
從以上過(guò)程可以看出,在選擇TVS二極管時(shí),必須注意以下幾個(gè)參數(shù)的選擇:
1. 最小擊穿電壓VBR和擊穿電流I R 。 VBR是TVS最小的擊穿電壓,在25℃時(shí),低于這個(gè)電壓TVS是不會(huì)產(chǎn)生雪崩的。當(dāng)TVS流過(guò)規(guī)定的1mA電流(IR )時(shí),加于TVS兩極的電壓為其最小擊穿電壓V BR 。按TVS的VBR與標(biāo)準(zhǔn)值的離散程度,可把VBR分為5%和10%兩種。對(duì)于5%的VBR來(lái)說(shuō),V WM =0.85VBR;對(duì)于10%的VBR來(lái)說(shuō),V WM =0.81VBR。為了滿(mǎn)足IEC61000-4-2國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),TVS二極管必須達(dá)到可以處理最小8kV(接觸)和15kV(空氣)的ESD沖擊,部份半導(dǎo)體廠(chǎng)商在自己的產(chǎn)品上使用了更高的抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于某些有特殊要求的可攜設(shè)備應(yīng)用,設(shè)計(jì)者可以依需要挑選元件。
2.最大反向漏電流ID和額定反向切斷電壓VWM。 VWM是二極管在正常狀態(tài)時(shí)可承受的電壓,此電壓應(yīng)大于或等于被保護(hù)電路的正常工作電壓,否則二極管會(huì)不斷截止回路電壓;但它又需要盡量與被保護(hù)回路的正常工作電壓接近,這樣才不會(huì)在TVS工作以前使整個(gè)回路面對(duì)過(guò)壓威脅。當(dāng)這個(gè)額定反向切斷電壓VWM加于TVS的兩極間時(shí)它處于反向切斷狀態(tài),流過(guò)它的電流應(yīng)小于或等于其最大反向漏電流ID。
3.最大鉗位電壓VC和最大峰值脈沖電流I PP 。當(dāng)持續(xù)時(shí)間為20ms的脈沖峰值電流IPP流過(guò)TVS時(shí),在其兩端出現(xiàn)的最大峰值電壓為VC。 V C 、IPP反映了TVS的突波抑制能力。 VC與VBR之比稱(chēng)為鉗位因子,一般在1.2~1.4之間。 VC是二極管在截止?fàn)顟B(tài)提供的電壓,也就是在ESD沖擊狀態(tài)時(shí)通過(guò)TVS的電壓,它不能大于被保護(hù)回路的可承受極限電壓,否則元件面臨被損傷的危險(xiǎn)。
4. Pppm額定脈沖功率,這是基于最大截止電壓和此時(shí)的峰值脈沖電流。對(duì)于手持設(shè)備,一般來(lái)說(shuō)500W的TVS就足夠了。最大峰值脈沖功耗PM是TVS能承受的最大峰值脈沖功耗值。在特定的最大鉗位電壓下,功耗PM越大,其突波電流的承受能力越大。在特定的功耗PM下,鉗位電壓VC越低,其突波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(xù)時(shí)間和環(huán)境溫度有關(guān)。而且,TVS所能承受的瞬態(tài)脈沖是不重覆的,元件規(guī)定的脈沖重覆頻率(持續(xù)時(shí)間與間歇時(shí)間之比)為0.01%。如果電路內(nèi)出現(xiàn)重覆性脈沖,應(yīng)考慮脈沖功率的累積,有可能損壞TVS。
5. 電容器量C。電容器量C是由TVS雪崩結(jié)截面決定的,是在特定的1MHz頻率下測(cè)得的。 C的大小與TVS的電流承受能力成正比,C太大將使訊號(hào)衰減。因此,C是數(shù)據(jù)介面電路選用TVS的重要參數(shù)。電容器對(duì)于數(shù)據(jù)/訊號(hào)頻率越高的回路,二極管的電容器對(duì)電路的干擾越大,形成噪音或衰減訊號(hào)強(qiáng)度,因此需要根據(jù)回路的特性來(lái)決定所選元件的電容器范圍。高頻回路一般選擇電容器應(yīng)盡量?。ㄈ?LCTVS、低電容器TVS,電容器不大于3pF),而對(duì)電容器要求不高的回路電容器選擇可高于40pF。
瞬態(tài)電壓抑制二極管特性曲線(xiàn):
圖1 單向TVS二極管特性曲線(xiàn)
圖2 雙向TVS二極管特性曲線(xiàn)
說(shuō)明:
VBR:崩潰電壓@IT- TVS瞬間變?yōu)榈妥杩沟狞c(diǎn)
VRWM:維持電壓-在此階段TVS為不導(dǎo)通之狀態(tài)
VC:鉗制電壓@Ipp -鉗制電壓約略等于1.3*VBR VF:正向?qū)妷篅IF -正向壓降
IR:逆向漏電流@VRWM?
IT:崩潰電壓之測(cè)試電流
IPP:突波峰值電流
IF:正向?qū)娏?/p>