本文介绍: 雪崩击穿是有必要了解一下的,不然后面还有齐纳击穿,搞不懂原理,做事就没底气。所谓雪崩击穿,想象一下雪崩场景,开始是一小块,慢慢积累起来就是一大片。二极管雪崩击穿也是这样,这个只发生在二极管反向电压时才可能发生;假设大家已经知道了,二极管反向电压,PN结附近的耗尽层会增大,也就是扩宽,耗尽层的电荷也更多,耗尽层的电场强度会变大。再假设大家知道,电场强度越大,电子里面受力也越大,跑得就越快。

一、什么是TVS二极管

TVS(Transient Voltage Suppressors),即瞬态电压抑制器,又称雪崩击穿二极管。 

TVS二极管符号下图所示

什么是雪崩击穿

雪崩击穿是有必要了解一下的,不然后面还有齐纳击穿,搞不懂原理,做事就没底气。

所谓雪崩击穿,想象一下雪崩的场景,开始是一小块,慢慢积累起来就是一大片。

二极管的雪崩击穿也是这样,这个只发生在二极管反向电压时才可能发生;

假设大家已经知道了,二极管反向电压,PN结附近的耗尽层会增大,也就是扩宽,耗尽层的电荷也更多,耗尽层的电场强度会变大。

再假设大家知道,电场强度越大,电子里面受力也越大,跑得就越快。那一不小心,电子撞到了晶格上的电子(晶格上的电子就是共价的电子对),还把晶格上的电子撞出来了,那耗尽层的电子就变多了,变多的电子一起加速继续撞,是不是有一生二,二生三,三生万物的感觉,这个感觉就是雪崩,所以雪崩基础就是加反向电压到一定程度,突然反向电流暴增,就这么回事。

二、TVS二极管应用

TVS二极管就是利用雪崩击穿这个特性,常规二极管发生雪崩击穿后,八成也就废了,但是TVS二极管有特殊结构和工艺,发生雪崩击穿之后居然还能恢复

TVS管在电路中就是工作于反向截止状态电路正常的时候,有这个TVS二极管和没有TVS二极管是一样的,可以把这个TVS当空气。但是当电路受瞬间的高能量脉冲冲击时,这个TVS二极管先感受到冲击,迅速被反向击穿,吸收脉冲波的能量(其实是给脉冲一个释放通道),将电路两端间的电压箝位在一个预定的数值上,这样就能保护后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。保护过程如下面的电路所示。

三、如何选择TVS

TVS二极管的几个关键参数

TVS二极管基本工作在反向偏执的情况,所以X轴正半轴基本不用看了。

V_{RWM} 是TVS二极管的最高反向工作电压,就是只要不超过这个电压,TVS二极管的漏电流都保持在很小的范围

V_{BR}是TVS二极管的击穿电压,到了这个电压,TVS二极管的反向电流开始增加,雪崩击穿快发生了;

V_{C}是TVS二极管的钳位电压,就是二极管击穿之后,二极管能保持的一个电压;

I_{PP}是峰值脉冲电流,所对应的就是钳位电压,也就是TVS二极管被击穿后,达到钳位电压时,所对应的电流;

I_{PPM}额定峰值脉冲电流,超过这个电流,TVS二极管就可能被干废了。

1、确定TVS二极管的最高反向工作电压(反向隔离电压)V_{R}V_{RWM}

       TVS二极管的反向工作电压在不超过V_{RWM}时候,TVS还是截止状态,反向电流很小。

正常情况下,TVS二极管就是不工作的,也就是工作在反向截止状态,因此TVS的工作电压V_{RWM}高于保护电路的最高工作电压;

        比如,你的电路正常工作电压是10V,你选的TVS二极管V_{RWM}是15V,那异常电压要超过15V之后,你的TVS才开始起作用,到那时候黄花菜都凉了,你的电路已经被干废了;如果你选的TVS二极管V_{RWM}是8V,那即使正常供10V的电,TVS二极管开始工作,开始保护了,把你的供电电压拉低,那也是不好的。常规的做法是TVS二极管的工作电压是被保护电路电压1.1到1.2倍就行了。也就是你的电路正常电压10V,所选的TVS二极管工作电压11V到12V就行了,这样正常供电的时候这个TVS就是个摆设。当电路有高电平冲击时,TVS就起作用,这个时候你的电路也不至于被干废。

2、确定TVS二极管的钳位电压V_{C}

TVS 钳位电压应小于后级被保护电路最大可承受的瞬态安全电压,钳位电压V_{C} 与 TVS 的雪崩击穿电压及 I_{PP} 都成正比。一般击穿电压越高 V_{C}也越高,所选TVS二极管的最大箝位电压V_{C}不能大于防护电路可以承受的最大电压。比如你的工作电压最大只能是10V,TVS二极管只能钳位到15V,如果来个20V的脉冲冲击,TVS只能把电压降低到15V,虽然能降低打击程度,但还是被干死了。所以钳位电压要小于电路允许的最大电压。

3、确定TVS二极管的功率P_{PPM}

TVS 产品的额定瞬态功率大于电路中可能出现的最大瞬态浪涌功率,TVS二极管的功率越大越好,能够承受更多的冲击能量和次数,但功率越高,TVS的个头越大,也越贵,因此TVS的功率满足要求即可

4、评估TVS二极管的结电容漏电流的影响

如果TVS 用在高速IO端口防护模拟信号采样低功耗设备场合,就需要考虑电容和漏电流的影响,两则的参数越小越好。

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