瞬態電壓抑制管

瞬態電壓抑制管

概述瞬態電壓抑制二極體TVS(Transient Voltage Suppressor),是一種具有雙向穩壓特性和雙向負阻特性的過壓保護器件,類似於壓敏電阻器。它套用於各種交流及直流電源電路中,用來抑制瞬間過電壓。當被保護電路瞬間出現浪涌脈衝電壓時,雙向擊穿二極體能迅速齊納擊穿,由高阻狀態變為低阻狀態,對浪涌電壓進行分流和箝位,從而保護電路中各元件不被瞬間浪涌脈衝電壓損壞。

特點

回響速度特別快(為ps級);耐浪涌衝擊能力較放電管和壓敏電阻差,其10/1000μs波脈衝功率從 400W~30KW,脈衝峰值電流從0.52A~544A;擊穿電壓有從6.8V~550V的系列值,便於各種不同電壓的電路使用。它的封裝形式有軸向引線型與貼片型兩大類。貼片型有:SMAJ(400W)、SMBJ(600W)、SMCJ(1.5kW)、SMDJ(3kW)系列,軸向引線型有:P4KE (400W)、SA(500W)、P6KE(600W)、1.5KE(1.5kW)、3KP(3kW)、5KP(5kW)、15KPA(15kW)、 20KPA(20kW)、30KPA(30kW)系列和低電容的SAC(500W,50 pF)、LCE(1.5kW,100pF)系列。此外,還有BZW04(400W)系列玻璃鈍化結TVS管。

特性

TVS管有單向與雙向之分(單向的型號後面的字母為“A”,雙向的為“CA”),單向TVS管的特性與穩壓二極體相似,雙向TVS管的特性相當於兩個穩壓二極體反向串聯,特性曲線見下圖。其主要特性參數有:

①反向斷態電壓(截止電壓)VRWM與反向漏電流IR:反向斷態電壓(截止電壓)VRWM表示TVS管不導通的最高電壓,在這個電壓下只有很小的反向漏電流IR。

② 擊穿電壓VBR:TVS管通過規定的測試電流IT時的電壓,這是表示TVS管導通的標誌電壓(P4KE、P6KE、1.5KE系列型號中的數字就是擊穿電壓的標稱值,其它系列的數字是反向斷態電壓值)。TVS管的擊穿電壓有±5%的誤差範圍(不帶“A”的為±10%)。

③脈衝峰值電流IPP:TVS管允許通過的10/1000μs波的最大峰值電流(8/20μs波的峰值電流約為其5倍左右),超過這個電流值就可能造成永久性損壞。在同一個系列中,擊穿電壓越高的管子允許通過的峰值電流越小。

④最大箝位電壓VC:TVS管流過脈衝峰值電流IPP時兩端所呈現的電壓。

⑤脈衝峰值功率Pm:脈衝峰值功率Pm是指10/1000μs波的脈衝峰值電流IPP與最大箝位電壓VC的乘積,即Pm=IPP*VC。

⑥穩態功率P0:TVS管也可以作穩壓二極體用,這時要使用穩態功率。其各系列的穩態功率見下表:

脈衝峰值功率Pm 400W 500W 600W 1500W 3000W

穩態功率P0 1W 3W 5W 6.5W 8W

⑦極間電容Cj:與壓敏電阻一樣,TVS管的極間電容Cj也較大,且單向的比雙向的大,功率越大的電容也越大。

3、使用指導:

①TVS管使用時,一般並聯在被保護電路上。為了限制流過TVS管的電流不超過管子允許通過的峰值電流IPP,應線上路上串聯限流元件,如電阻、自恢復保險絲、電感等。

②擊穿電壓VBR的選擇:TVS管的擊穿電壓應根據線路最高工作電壓UM按公式:VBRmin≥1.2 UM 或 VRWM ≥1.1 UM 選擇。

③ 脈衝峰值電流IPP和最大箝位電壓VC的選擇:當TVS管單獨使用時,要根據線路上可能出現的最大浪涌電流來選擇IPP合適的型號。當TVS管作為第二級保護時,一般用500W~600W的就可以了。要注意的是,此時的最大箝位電壓VC應不大於被保護設備所能耐受的最大浪涌電壓(安全電壓)。

④ 用於信號傳輸電路保護時,一定要注意所傳輸信號的頻率或傳輸速率。信號頻率(傳輸速率)≥10MHz(Mb/s)時,Cj應≤60pF;信號頻率(傳輸速率)≥100MHz(Mb/s)時,Cj應≤20pF。當信號頻率或傳輸速率較高時,應選用低電容系列的管子。當低電容系列仍滿足不了要求時,就應把 TVS管接到快速恢復二極體組成的橋路中,以降低總的等效電容,提高傳輸信號頻率。最高傳輸頻率可達20MHz以上。

瞬態電壓抑制二極體

瞬態電壓抑制二極體也稱為 TVS二極體,是一種保護用的電子零件,可以保護電器設備不受導線引入的電壓尖峰破壞。

說明

TVS二極體會和要保護的電路並聯。當其電壓超過突崩潰準位時,直接分流過多的電流。TVS二極體是箝位器,會抑制超過其崩潰電壓的過高電壓。當過電壓消失時,TVS二極體會自動復歸,而其吸收的能量比類似額定的撬棒電路要大很多。

TVS二極體有單向的及雙向的。單向的TVS二極體在順向操作時類似整流子,但在其設計允許承受很大的峰值電流,1.5KE系列的瞬間功率可以到1500 W。

雙向的TVS二極體可以視為是二個極性相反的雪崩二極體相串聯,再和要保護的電路並聯。雖然在電路中會標示為二個二極體,不過實際元件是將二個二極體封裝在同一個包裝中。

TVS二極體過電壓反應的速度會比其他的過電壓保護元件(例如壓敏電阻或是氣體放電管)要快。實際的箝位大約只有一皮秒,但因為實際電路中導線存在電感,因此保護元件需容許較長時間的大電壓。因此TVS二極體會比其他元件適合保護電路不受很快,而且有破壞性的電壓突波。像許多分散式的電路都有這種快速的過電壓突波,可能因為內部因素或是外部因素造成,例如閃電或是馬達短路 。

瞬態電壓抑制器若使用在超過其設計條件的環境下,可能會損壞。瞬態電壓抑制器的失效模式有三種:短路、開路、元件額定下降。

TVS二極體常會稱為是transorbs,或是Vishay半導體的註冊商標TransZorbs。

規格

TVS二極體有以下的規格:

•漏電流:在電壓小於最大反向關斷電壓時,可以導通的電流。Leakage current: the amount of current conducted when voltage applied is below the maximum reverse standoff voltage.

•最大反向關斷電壓:在此電壓以下,導流電流不明顯

•擊穿電壓:會出現顯導通電流的電壓。

•箝位電壓:導通電流會到其額定電流(數百到數千安培)的電壓。

•雜散電容:未導通的二極體其特性類似電容器,對於高頻信號有破壞性的效果,一般會建議選用雜散電壓較低的TVS二極體。

•雜散電感:因為實際過電壓的切換很快,包裝的電感是反應速度的限制因素之一。

•可吸收的能量:因為暫態很短,所有的能量都變成TVS二級管本身的熱,散熱片只會影響之後散熱需要的時間,無法提升TVS二級管可吸收的能量。因此高能量的TVS二級管也會有較大的體積。若體積不夠大,過電壓可能會破壞TVS二級管,也就無法保護其他的電路。

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