如何选择硅TVS二极管器件

Posted 2021-08-16 Amy雷卯电子青青

电压和电流瞬变是电子系统中固体元件失效的主要原因。这些瞬变现象是储存能量突然释放的结果。瞬态可以由系统内部和外部的各种源产生。最常见的瞬变原因包括电源和机电设备的正常开关操作、交流线路波动、雷击浪涌SURGE和静电放电(ESD)。

上海雷卯电子提供多种硅雪崩二极管(TVS二极管)，旨在提供高水平可靠的保护，以防止电涌的破坏。

硅雪崩二极管具有大面积连接点 ， 以提供高浪涌电流处理能力 。 它们的进一步特征是极 快的响应时间和雪崩模式下的低动态阻抗 。TVS提供了几个优势 ，包括 ：

1. 钳位电压较低

2. 没有磨损限制

3. 物理尺寸小

4. 宽电压范围

5. 高瞬态功率耗散

这些器件有各种各样的轴向引线封装和表面安装与塑料封装。在需要极高水平的瞬态吸收能力的应用中，MDE半导体公司提供了定制和标准TVS高电流堆叠组件的完整系列

然而，无论应用什么，特定的设备参数和准则构成选择TVS的基准。

TVS术语

在讨论如何选择TVS之前，必须先定义某些关键术语。

单向瞬态抑制器的典型V-I特性曲线如图1A所示。双向TVS的曲线如图1B所示。

TVS的关键参数是:

最小击穿电压(VBR)是TVS成为瞬态(即设备进入雪崩击穿)的低阻抗路径的点。

2. 测试电流(IT)是指击穿电压所在的电流

3. VRWM是最大额定直流工作电压。在这个级别，TVS将处于非导电模式。这个参数也称为工作电压。

4. 最大反向泄漏电流(lR)是工作时测量到的最大电流

5. 最大峰值脉冲电流(IPP)是最大允许浪涌电流

6 . 最大箝位电压(Vc)是在承受最大峰值脉冲电流的同时，通过TVS的最大电压。这是电路将暴露的最大电压。

额定功率和浪涌波形

一个最广泛认可的浪涌波形是双指数脉冲如图2所示。脉冲由其上升时间(tr)和持续时间(tp)定义。脉冲时间持续时间(tp)定义为脉冲电流衰减到lpp的50%的点。例如，一个10 X l000µs脉冲有一个10µs的上升时间，在1m内衰减到峰值的50%

抑制器的额定功率是Vc和lpp的乘积。

Pp = Vc X lpp

尽管许多TVS二极管都使用8 × 20µs和10 × 1000µs脉冲作为参考，但对于如图3所示的持续时间较短的脉冲，器件的功率额定可以提高。

选择正确的瞬态电压抑制器

雷卯推荐以下指南用于选择在电路中提供最佳瞬态抑制的器件 ：

1. 确定电路的最大直流电压或连续工作电压。使用标称电路电压和“高侧”

2. 工作电压(VRWM) -选择一个反向隔离电压等于或大于同步确定的电路工作电压的TVS

3. 确保TVS将在正常的电路工作条件下获得微不足道的电流。如果工作电压选择过低，设备可能会产生雪崩或产生过多的漏电流而影响电路运行

4. 峰值脉冲功率(Pp) -确定电路的瞬态条件。确定波形或瞬态源和脉冲持续时间。选择一个能够消散预期峰值脉冲的TVS

5. 最大夹紧电压(Vc) -选择夹紧电压小于该电压的TVS，这可能导致电路损坏

单向或双向

经常被误解为双向TVS需要被抑制负瞬态脉冲。然而，事实并非如此。在交流应用中或当数据线信号正负摆动时，需要一个双向TVS。此外，有时还使用双向TVS来降低电容。如果电路只有正信号级，一个单向TVS通常就足够了。

TVS将以以下方式工作:在正瞬态条件下，设备将雪崩，并按照预期的反向击穿方向进行击穿。在负浪涌条件下，该器件将像正向偏压二极管一样传导，并仍然吸收瞬态能量。但对于低电容器件则不是这样。这些总是以双向方式连接，以保护内部的低电容二极管不被反向浪涌损坏

对温度的考虑因素

瞬态电压抑制器被设计为在很宽的温度范围内工作，通常是-55 ’ C到+155 ’ C

如果应用程序要求TVS在不同的温度下运行，则必须在预期的极端温度下考虑该设备的特性

1. 逆电流(IR) -逆电流随温度升高而增大。高温泄漏电流请参考数据表

2. 功率耗散-随着设备结温的升高，功率耗散能力降低。峰值功率从+25℃线性下降到T(最大)。功率降额曲线示例如图所示

3. 击穿电压温度系数(Tcbv)-该值在数据表上以每摄氏度VBR的百分比变化

多路的TVS 阵列

当用于信号线时，经常会用到TVS阵列，雷卯电子有各种封装的多脚位TVS array，用于保护类似USB ,RJ45,HDMI等信号。

TVS元件的测试

TVS元件的测试需要专业的仪器，需要测试器件的动作电压，漏电流，最大电流IPP，箝位电压VC和电容值等等。雷卯电子有器件实验室，可以免费帮客户测试对比。