一、稳压管和TVS管的工作原理
稳压二极管(又叫齐纳二极管),是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件,在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定。稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压。
TVS(Transient
Voltage
Suppresser瞬态电压抑制器)是普遍使用的一种新型高效电路保护器件,它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时,TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗,以吸收一个瞬间大电流,从而把它的两端电压钳制在一个预定的数值上,从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。正因为如此,TVS可用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压,以及感应雷所产生的过电压。
TVS管和稳压管一样,也是反向应用的。其中VR称为最大转折电压,是反向击穿之前的临界电压。VB是击穿电压,其对应的反向电流IT一般取值为1
mA。VC是最大箝位电压,当TVS管中流过的峰值电流为IPP的大电流时,管子两端电压就不再上升了。因此TVS管能够始终把被保护的器件或设备的端口电压限制在VB~VC的有效区内。与稳压管不同的是,IPP的数值可达数百安培,而箝位响应时间仅为1×10-12s。TVS的最大允许脉冲功率为PM=VCIPP,且在给定最大钳位电压下,功耗PM越大,其浪涌电流的承受能力越大。
2、稳压管和TVS管的异同
电子系统的应用当中,电压及电流的瞬态干扰会经常造成电子设备的损坏,瞬态干扰的显著特点是作用时间极短,但电压幅度高、瞬态能量大,所以破坏性很大。为了防止这种破坏,TVS管得到了广泛的应用,TVS(Transient
Voltage
Suppressor)是一种在稳压管工艺基础上发展起来的一高效能的电路保护器件,其电路符号和普通稳压二极管相同,外形也与普通二极管无异,当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时,它能以极高的速度(最高达1*10-12秒)使其阻抗骤然降低,同时吸收一个大电流,将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上,从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。我们在一些精密电子设备中经常可以看到TVS二极管作为ESD防护的主要手段之一。
作为二者的共同点,它们都可以用来稳压,并且都工作在反向截止状态下,其正向特性与普通二极管相同,反向特性为典型的PN结雪崩器件。但是TVS管齐纳击穿电流更小,大于10V的稳压只有1mA,相对来说齐纳二极管击穿电流要大不少,但是齐纳二极管稳压精度可以做的比较高。而且TVS管强调的是瞬态响应,所以其时间参数就很重要了,也就是说稳压二极管的响应时间通常要比TVS管的慢。同时TVS管的功率较大,而稳压管的功率较小。
其次,从概念上理解,TVS管主要是防止瞬间大电压的影响,最终可以达到稳压的目的,这与稳压管的作用是有区别的。
稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用.
TVS是目前国际上普遍使用的一种高效能电路保护器件,它的外型与普通二极管相同,但却能吸收高达数千瓦的浪涌功率,它的主要特点是在反向应用条件下,当承受一个高能量的大脉冲时,其工作阻抗立即降至极低的导通值,从而允许大电流通过,同时把电压箝制在预定水平,其响应时间仅为10-12秒,因此可有效地保护电子线路中的精密元器件。
主要区别是,TVS管具有更为优越的保护性能。体现在 1)具有较大结面积,通流能力强 2)TVS装有特殊材料制成散热片,散热条件好,有利于管子吸收较大的暂态功率。
电压及电流的瞬态干扰是造成电子电路及设备损坏的主要原因,常给人们带来无法估量的损失。这些干扰通常来自于电力设备的起停操作、交流电网的不稳定、雷击干扰及静电放电等,瞬态干扰几乎无处不在、无时不有,使人感到防不胜防。幸好,一种高效能的电路保护器件TVS的出现使瞬态干扰得到了有效抑制TVS(TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR) 或称瞬变电压抑制二极管是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品,其电路符号和普通稳压二极管相同,外形也与普通二极管无异,当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时,它能以极高的速度(最高达1*10-12秒)使其阻抗骤然降低,同时吸收一个大电流,将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上,从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。如果是使用的话,TVS有二极管类,和压敏电阻类。我个人认为压敏电阻类更有优势,目前广泛用于手机,LCD模组,及一些比较精密的手持设备。特别是出口欧洲的产品一般都要加,来作为静电防护的主要手段之一。
TVS和齐纳稳压管都能用作稳压,但是TVS管齐纳击穿电流更小,大于10V的稳压只有1mA,相对来说齐纳二极管击穿电流要大不少,但是齐纳二极管稳压精度可以做的比较高。
在电路中一般工作于反向截止状态,此时它不影响电路的任何功能。TVS在规定的反向应用条件下,当电路中由于雷电、各种电器干扰出现大幅度的瞬态干扰电压或脉冲电流时,它在极短的时间内(最高可达到1×10-12秒)迅速转入反向导通状态,并将电路的电压箝位在所要求的安全数值上,从而有效的保护电子线路中精密元器件免受损坏。干扰脉冲过去后,TVS又转入反向截止状态。由于在反向导通时,其箝位电压低于电路中其它器件的最高耐压,因此起到了对其它元器件的保护作用。TVS能承受的瞬时脉冲功率可达上千瓦,其箝位时间仅为1ps[1]。TVS根据极性可分为单向和双向TVS。单向TVS一般适用于直流电路,双向TVS一般适用于交流电路中。由于TVS起保护作用时动作迅速、寿命长、使用方便,因此在瞬变电压防护领域有着非常广泛的应用。
各参数说明如下:
1、击穿电压V(BR)
2、最大反向脉冲峰值电流Ippm
3、最大反向工作电压VRWM
4、最大箝位电压VC(max)
5、反向脉冲峰值功率Pppm
6、 电容CPP
7、 漏电流IR
TVS和MOV的比较
在电子应用领域中必不可少地要对静电放电(IEC61000-4-2)、瞬态电压、喀啦声(IEC61000-4-4)EFT,和浪涌电压抗扰度(IEC61000-4-5)进行防护,从而保护电子电路的安全和可靠性,在保护领域中,有两种保护元件,一个是具有雪崩特性的TVS半导体二极管,一个是多层压敏电阻,为了合理使用,需对TVS和MOV进行比较,以求正确选用,达到产品设计的优化选择。
PROTEK公司的TVS半导体二极管,设计有高灵敏度的N/P结,它的特性是产生雪崩效应,效应与半导体的结面积成正比,通过控制结面积的掺杂浓度和基片的电阻率使它可以吸收大量的瞬态电流,产生雪崩特性,从而可控制浪涌电流的能力,是一种特殊制造工艺的高科技产品。
多层压敏电阻是将氧化锌材料压入到长方形中,形成多晶粒结构,分成多层以形成更加均匀一致的控制区,通过导通阻扰的变化实现对浪涌电流的吸收能力,是一种特殊元件。
雪崩击穿二极管TVS和多层氧化锌压敏电阻都靠改变自身的阻扰特性来进行静电放电,瞬态电压和浪涌电压的控制,而主要差异是导通后的阻扰,TVS有高灵敏度的N/P结进行控制,其导通阻扰很低,而MOV的导通阻扰要比TVS高出许多,从而导致箝位电压、箝位比率的差异。
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