瞬態抑制二極管(TVS)又叫鉗位型二極管,是目前國際上普遍使用的一種高效能電路保護器件,它的外型與普通二極管相同,但卻能吸收高達數千瓦的浪涌功率,它的主要特點是在反向應用條件下,當承受一個高能量的大脈沖時,其工作阻抗立即降至極低的導通值,從而允許大電流通過,同時把電壓鉗制在預定水平,其響應時間僅為10-12毫秒,因此可有效地保護電子線路中的精密元器件。TVS是一種限壓保護器件,作用與壓敏電阻很類似。也是利用器件的非線性特性將過電壓鉗位到一個較低的電壓值實現對后級電路的保護。TVS管的主要參數有:反向擊穿電壓、最大鉗位電壓、瞬間功率、結電容、響應時間等。
TVS管的非線性特性比壓敏電阻好,當通過TVS管的過電流增大時,TVS管的鉗位電壓上升速度比壓敏電阻慢,因此可以獲得比壓敏電阻更理想的殘壓輸出。在很多需要精細保護的電子電路中,應用TVS管是比較好的選擇。TVS管的通流容量在限壓型浪涌保護器中是最小的,一般用于最末級的精細保護,因其通流量小,一般不用于交流電源線路的保護,直流電源的防雷電路使用TVS管時,一般還需要與壓敏電阻等通流容量大的器件配合使用。 TVS管便于集成,很適合在單板上使用。
TVS具有的另一個優點是可靈活選用單向或雙向保護器件,在單極性的信號電路和直流電源電路中,選用單向TVS管,可以獲得比較低的殘壓。TVS的反向擊穿電壓、通流容量是電路設計時應重點考慮的。在直流回路中,應當有:min(UBR)≥(1.3~1.6)Umax,式中UBR為直流TVS的反向擊穿電壓,Umax是直流回路中的電壓峰值。TVS管主要可用于直流電源、信號線路、天饋線路的防雷保護。TVS管的失效模式主要是短路。但當通過的過電流太大時,也可能造成TVS管被炸裂而開路。TVS管的使用壽命相對較長。
一、TVS二極管的應用
目前已廣泛應用于計算機系統、通訊設備、交/直流電源、汽車、電子鎮流器、家用電器、儀器儀表(電度表)、RS232/422/423/485、 I/O、LAN、ISDN 、ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、數字照相機的保護、共模/差模保護、RF耦合/IC驅動接收保護、電機電磁波干擾抑制、聲頻/視頻輸入、傳感器/變速器、工控回路、繼電器、接觸器噪音的抑制等各個領域。
二、TVS器件的主要電參數
(1)擊穿電壓V(BR)
器件在發生擊穿的區域內,在規定的試驗電流I(BR)下,測得器件兩端的電壓稱為擊穿電壓,在此區域內,二極管成為低阻抗的通路。
(2)最大反向脈沖峰值電流IPP
在反向工作時,在規定的脈沖條件下,器件允許通過的最大脈沖峰值電流。IPP與最大鉗位電壓VC(MAX)的乘積,就是瞬態脈沖功率的最大值。使用時應正確選取TVS,使額定瞬態脈沖功率PPR大于被保護器件或線路可能出現的最大瞬態浪涌功率。
三、TVS二極管的分類
TVS器件可以按極性分為單極性和雙極性兩種,按用途可分為各種電路都適用的通用型器件和特殊電路適用的專用型器件。如:各種交流電壓保護器、 4~200mA電流環保器、數據線保護器、同軸電纜保護器、電話機保護器等。若按封裝及內部結構可分為:軸向引線二極管、雙列直插TVS陣列(適用多線保護)、貼片式、組件式和大功率模塊式等。
四、TVS二極管的特點
(1)將TVS二極管加在信號及電源線上,能防止微處理器或單片機因瞬間的肪沖,如靜電放電效應、交流電源之浪涌及開關電源的噪音所導致的失靈。
(2)靜電放電效應能釋放超過10000V、60A以上的脈沖,并能持續10ms;而一般的TTL器件,遇到超過30ms的10V脈沖時,便會導至損壞。利用TVS二極管,可有效吸收會造成器件損壞的脈沖,并能消除由總線之間開關所引起的干擾(Crosstalk)。
(3)將TVS二極管放置在信號線及接地間,能避免數據及控制總線受到不必要的噪音影響。