一文读懂瞬态抑制二极管工作原理!

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今天给大家分享的是:TVS瞬态抑制二极管,主要是关于如何使用TVS 二极管进行瞬态电压抑制?二极管是最基本的半导体器件,常用于许多电子设计,如整流器、转换器、逆变器、保护电路、稳压器等。有一种称为TVS 二极管的特殊二极管,它在处理电力电子设计电路中的瞬态尖峰方面起着至关重要的作用。在这里将比较深入地研究瞬态抑制二极管。

罗姆 ROHM 二极管

 

瞬态电压抑制二极管电路

一、瞬态是什么意思?

瞬态是电压或电流中的短时间尖峰,会以多种方式损坏电路。有些瞬态只发生一次,有些可能是重复的。这些瞬台的范围从几毫伏到几千伏,持续时间从纳秒到数百毫秒。

 

罗姆 ROHM 二极管

瞬态图

二、是什么导致电路中的瞬变?

瞬变可能由电路中的内部或外部连接引起。例如,由于感应负载开关或开关和连接器中的接触故障,可能会在内部产生瞬变。在外部,它可能由于雷击或感应开关而产生。

三、瞬态电压抑制器件 (TVS)

瞬态电压抑制器或 TVS 是用于保护电路免受电压或电流突然尖峰影响的保护装置。保护电路免受过压影响的主要方法是将这些 TVS 器件 与电路并联。瞬态电压抑制器的类型有许多类型的 TVS 器件可用于瞬态电压抑制,即金属氧化物压敏电阻、TVS 二极管、齐纳二极管或旁路电容器。根据操作,瞬态电压抑制器可分为两类,钳位和撬棒。钳位装置将电压限制在一个固定水平。这样做时,它们会吸收过压事件的多余能量。TVS 二极管是钳位器件的一个例子。

 

罗姆 ROHM 二极管

钳位器设备Crowbar 设备一旦触发就会基本上使受保护线路短路,从而将多余的能量从受保护电路中转移出去。正如你在下图中看到的那样,当检测到触发电压(尖峰)时,crowbar 设备将电路短路,因此线路电压降低,然后在 crowbar 设备断开电路的某个时间后,线路电压再次上升到稳定状态电路的正常运行。

 

罗姆 ROHM 二极管

Crowbar 设备

四、瞬态电压抑制二极管——TVS二极管

瞬态电压抑制二极管是一种固态 PN 结二极管,专门设计用于消除对敏感半导体和电路的突然或瞬时过电压影响。瞬态电压抑制二极管是一种钳位器件,因此每当感应电压超过雪崩击穿电压时,它就会吸收过压事件的多余能量,然后在过压状态后自动复位。的确,标准二极管和齐纳二极管也可用于过压/瞬态保护,但它们不如瞬态电压抑制二极管稳健,因为标准和齐纳二极管是为整流和电压调节而设计的。TVS二极管的种类:瞬态电压抑制二极管可分为两种类型。一种是单向的,另一种是双向的。单向瞬态电压抑制二极管像任何其他雪崩二极管一样在正向电路中用作整流器,并且这种单向二极管可以承受非常大的峰值电流。单向 TVS 二极管的符号如下图所示,它很像一个齐纳二极管。

 

罗姆 ROHM 二极管

单向 TVS 二极管符号另一方面,双向瞬态电压抑制二极管可以由彼此串联的两个相互相对的雪崩二极管来表示。这些二极管与要保护的设备或电路并联。与符号不同,这些二极管是作为单个组件制造的。

五、TVS 瞬态抑制二极管工作原理

TVS瞬态抑制二极管与要保护的设备或电路并联。TVS 器件专门设计用于在特定电压水平下击穿并传导大量电流而不会造成损坏。

TVS二极管应用电路在正常电压条件下,TVS 瞬态抑制二极管表现为开路,但存在少量漏电流。当正常电压超过一定水平时,TVS瞬态抑制二极管结雪崩,结果过电压从被保护电路中分流并通过TVS二极管分流。当过电压消失时,设备会自动复位。

六、TVS瞬态抑制二极管VI特性

下图显示了单向和双向 TVS 二极管的 VI 特性。该特性图显示了电压和电流的关系。双向二极管在正负方向上具有相同的特性曲线,因此它们以哪种方式连接到电路中并不重要。与负方向相比,单向二极管在正方向具有更高的导通电压。

七、瞬态抑制二极管怎么选择?

市场上有许多类型的 TVS 二极管,专为特定应用而设计。当你选择 TVS 二极管时,可以参考以下参数:反向关断电压 (V R ):反向关断电压是可以在不实际激活设备的情况下施加到保护器的最大电压。器件 V R应等于或高于被保护电路的峰值工作电压。这是为了确保保护装置不会夹住正常的电路工作或信号电压。击穿电压 (V BR ):击穿电压是二极管开始保护和传导电流的电压。通常,V BR规定为 1mA。钳位电压 (V C ):钳位电压是受保护电路在测试波形事件期间将承受的最高电压。在大多数数据表中,钳位电压是针对具有 8µS 上升时间的 1A 或 2A 波形给出的。峰值脉冲电流(IPP):峰值脉冲电流是保护装置可以承受的最大电流。

八、TVS瞬态抑制二极管应用

TVS 二极管通常用于低能量电路和系统中的分流/钳位,以及电路中的ESD 保护。瞬态电压抑制二极管的应用可以在数据和信号线、微处理器和 MOS 存储器、AC/DC 电源线和电信设备中找到。

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