瞬態(tài)電壓抑制器的工作原理及使用方法

摘要：介紹了瞬態(tài)電壓抑制器的工作原理、特性參數(shù)以及使用方法。舉例說明了在開關(guān)電源浪涌消除上的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：浪涌瞬態(tài)電壓抑制器開關(guān)電源 　

消除噪聲干擾、防止浪涌損害一直是電子設(shè)備設(shè)計者頭痛的一件事。瞬態(tài)電壓抑制器（TVS：transientvoltagesuppressor)可以方便地解決這些問題。

當(dāng)TVS兩極受到反向高能量沖擊時，它能以10－12s級的速度，將其兩極間的阻抗由高變低，吸收高達數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電位箝位于預(yù)定值，有效地保護電子設(shè)備中的元器件免受浪涌脈沖的損害。TVS具有響應(yīng)時間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、箝位電壓容易控制、體積小等優(yōu)點，目前已廣泛應(yīng)用于家用電器、電子儀表、通訊設(shè)備、電源、計算機系統(tǒng)等各個領(lǐng)域。

1TVS的特性和主要參數(shù)

圖1TVS電壓－電流特性

11TVS的特性

TVS的電路符號和普通的穩(wěn)壓管相同。其電壓—電流特性曲線如圖1所示。

其正向特性與普通二極管相同，反向特性為典型的PN結(jié)雪崩器件。圖2是TVS的電流—時間和電壓—時間曲線。在浪涌電壓的作用下，TVS兩極間的電壓由額定反向關(guān)斷電壓VWM上升到擊穿電壓VBR，而被擊穿。隨著擊穿電流的出現(xiàn)，流過TVS的電流將達到峰值脈沖電流IPP，同時在其兩端的電壓被箝位到預(yù)定的最大箝位電壓VC以下。其后，隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，TVS兩極間的電壓也不斷下降，最后恢復(fù)到初態(tài)，這就是TVS抑制可能出現(xiàn)的浪涌脈沖功率，保護電子元器件的過程。

12TVS的主要參數(shù)

（1）最大反向漏電流ID和額定反向關(guān)斷電壓VWM

VWM是TVS最大連續(xù)工作的直流或脈沖電壓，當(dāng)這個反向電壓加于TVS的兩極間時它處于反向關(guān)斷狀態(tài)，流過它的電流應(yīng)小于或等于其最大反向漏電流ID。

（2）最小擊穿電壓VBR和擊穿電流IR

VBR是TVS最小的擊穿電壓。在25℃時，低于這個電壓TVS是不會發(fā)生雪崩的。當(dāng)TVS流過規(guī)定的1mA電流（IR）時，加于TVS兩極的電壓為其最小擊

圖2TVS電壓（電流）時間特性

穿電壓VBR。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。對于5％的VBR來說，VWM=0.85VBR；對于10％的VBR來說，VWM=0.81VBR。

（3）最大箝位電壓VC和最大峰值脈沖電流IPP

當(dāng)持續(xù)時間為20μs的脈沖峰值電流IPP流過TVS時，在其兩端出現(xiàn)的最大峰值電壓為VC。VC、IPP反映了TVS的浪涌抑制能力。VC與VBR之比稱為箝位因子，一般在1.2～1.4之間。

（4）電容量C

電容量C是由TVS雪崩結(jié)截面決定的，是在特定的1MHz頻率下測得的。C的大小與TVS的電流承受能力成正比，C太大將使信號衰減。因此，C是數(shù)據(jù)接口電路選用TVS的重要參數(shù)。

（5）最大峰值脈沖功耗PM

PM是TVS能承受的最大峰值脈沖功率耗散值。在給定的最大箝位電壓下，功耗PM越大，其浪涌電流的承受能力越大；在給定的功耗PM下，箝位電壓VC越低，其浪涌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)脈沖是不重復(fù)的，器件規(guī)定的脈沖重復(fù)頻率（持續(xù)時間與間歇時間之比）為001％。如果電路內(nèi)出現(xiàn)重復(fù)性脈沖，應(yīng)考慮脈沖功率的累積，有可能損壞TVS。