如何選擇硅TVS二極管器件

電壓和電流瞬變是電子系統(tǒng)中固體元件失效的主要原因。這些瞬變現(xiàn)象是儲存能量突然釋放的結(jié)果。瞬態(tài)可以由系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種源產(chǎn)生。最常見的瞬變原因包括電源和機電設(shè)備的正常開關(guān)操作、交流線路波動、雷擊浪涌SURGE和靜電放電(ESD)。

上海雷卯電子提供多種硅雪崩二極管(TVS二極管)，旨在提供高水平可靠的保護，以防止電涌的破壞。

硅雪崩二極管具有大面積連接點 ， 以提供高浪涌電流處理能力 。 它們的進一步特征是極 快的響應(yīng)時間和雪崩模式下的低動態(tài)阻抗 。TVS提供了幾個優(yōu)勢 ，包括 ：

1. 鉗位電壓較低

2. 沒有磨損限制

3. 物理尺寸小

4. 寬電壓范圍

5. 高瞬態(tài)功率耗散

這些器件有各種各樣的軸向引線封裝和表面安裝與塑料封裝。在需要極高水平的瞬態(tài)吸收能力的應(yīng)用中，MDE半導(dǎo)體公司提供了定制和標準TVS高電流堆疊組件的完整系列

然而，無論應(yīng)用什么，特定的設(shè)備參數(shù)和準則構(gòu)成選擇TVS的基準。

在討論如何選擇TVS之前，必須先定義某些關(guān)鍵術(shù)語。

單向瞬態(tài)抑制器的典型V-I特性曲線如圖1A所示。雙向TVS的曲線如圖1B所示。

TVS的關(guān)鍵參數(shù)是:

最小擊穿電壓(VBR)是TVS成為瞬態(tài)(即設(shè)備進入雪崩擊穿)的低阻抗路徑的點。

2. 測試電流(IT)是指擊穿電壓所在的電流

3. VRWM是最大額定直流工作電壓。在這個級別，TVS將處于非導(dǎo)電模式。這個參數(shù)也稱為工作電壓。

4. 最大反向泄漏電流(lR)是工作時測量到的最大電流

5. 最大峰值脈沖電流(IPP)是最大允許浪涌電流

6 . 最大箝位電壓(Vc)是在承受最大峰值脈沖電流的同時，通過TVS的最大電壓。這是電路將暴露的最大電壓。

一個最廣泛認可的浪涌波形是雙指數(shù)脈沖如圖2所示。脈沖由其上升時間(tr)和持續(xù)時間(tp)定義。脈沖時間持續(xù)時間(tp)定義為脈沖電流衰減到lpp的50%的點。例如，一個10 X l000μs脈沖有一個10μs的上升時間，在1m內(nèi)衰減到峰值的50%

抑制器的額定功率是Vc和lpp的乘積。

Pp = Vc X lpp

盡管許多TVS二極管都使用8 × 20μs和10 × 1000μs脈沖作為參考，但對于如圖3所示的持續(xù)時間較短的脈沖，器件的功率額定可以提高。

雷卯推薦以下指南用于選擇在電路中提供最佳瞬態(tài)抑制的器件 ：

1. 確定電路的最大直流電壓或連續(xù)工作電壓。使用標稱電路電壓和“高側(cè)”

2. 工作電壓(VRWM) -選擇一個反向隔離電壓等于或大于同步確定的電路工作電壓的TVS

3. 確保TVS將在正常的電路工作條件下獲得微不足道的電流。如果工作電壓選擇過低，設(shè)備可能會產(chǎn)生雪崩或產(chǎn)生過多的漏電流而影響電路運行

4. 峰值脈沖功率(Pp) -確定電路的瞬態(tài)條件。確定波形或瞬態(tài)源和脈沖持續(xù)時間。選擇一個能夠消散預(yù)期峰值脈沖的TVS

5. 最大夾緊電壓(Vc) -選擇夾緊電壓小于該電壓的TVS，這可能導(dǎo)致電路損壞

經(jīng)常被誤解為雙向TVS需要被抑制負瞬態(tài)脈沖。然而，事實并非如此。在交流應(yīng)用中或當數(shù)據(jù)線信號正負擺動時，需要一個雙向TVS。此外，有時還使用雙向TVS來降低電容。如果電路只有正信號級，一個單向TVS通常就足夠了。

TVS將以以下方式工作:在正瞬態(tài)條件下，設(shè)備將雪崩，并按照預(yù)期的反向擊穿方向進行擊穿。在負浪涌條件下，該器件將像正向偏壓二極管一樣傳導(dǎo)，并仍然吸收瞬態(tài)能量。但對于低電容器件則不是這樣。這些總是以雙向方式連接，以保護內(nèi)部的低電容二極管不被反向浪涌損壞

瞬態(tài)電壓抑制器被設(shè)計為在很寬的溫度范圍內(nèi)工作，通常是-55 ' C到+155 ' C

如果應(yīng)用程序要求TVS在不同的溫度下運行，則必須在預(yù)期的極端溫度下考慮該設(shè)備的特性

1. 逆電流(IR) -逆電流隨溫度升高而增大。高溫泄漏電流請參考數(shù)據(jù)表

2. 功率耗散-隨著設(shè)備結(jié)溫的升高，功率耗散能力降低。峰值功率從+25℃線性下降到T(最大)。功率降額曲線示例如圖所示

3. 擊穿電壓溫度系數(shù)(Tcbv)-該值在數(shù)據(jù)表上以每攝氏度VBR的百分比變化

當用于信號線時，經(jīng)常會用到TVS陣列，雷卯電子有各種封裝的多腳位TVS array，用于保護類似USB ,RJ45,HDMI等信號。

TVS元件的測試需要專業(yè)的儀器，需要測試器件的動作電壓，漏電流，最大電流IPP，箝位電壓VC和電容值等等。雷卯電子有器件實驗室，可以免費幫客戶測試對比。