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  • 2022-7-27 10:02
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    TVS二极管 基本结构 符号 用途和特点 *单向的情况 保护后段的IC免受由静电和电源波动引起的意外浪涌的影响。 工作原理与稳压(齐纳)二极管基本相同。 TVS是“Transient Voltage Suppressors”的首字母缩写,是一种用于过电压保护和 ESD保护的器件。 TVS二极管的工作原理 TVS二极管用来保护后段的IC免受由静电和电源波动引起的意外过电压和浪涌的影响。 整流二极管和肖特基势垒二极管利用的是二极管的正向特性,而TVS二极管与齐纳二极管(ZD)一样,利用的是二极管的反向特性。 如下图所示将TVS二极管与IC并联,当电路正常工作时,TVS二极管处于OFF状态,只消耗一定的漏电流。 当被施加了浪涌等过电压时,TVS二极管会变为ON状态,并且TVS侧会消耗脉冲电流,从而钳制过电压并保护后段的IC。 TVS二极管的极性(单向和双向) TVS二极管的极性是与电路品质相关的项目。 单向TVS可用作LH等单极电路的保护器件,不适用于保护双极电路。 双向TVS可以用于正负两极的保护,因此适用于保护双极电路和CAN等数据线路。 此外,双向TVS也可用于保护单极电路。 TVS与稳压二极管(Zener diode)的区别 TVS和ZD在利用二极管的反向特性方面是相同的,但是由于ZD主要用于恒压应用,因此对电压稳定的低电流范围(5mA~40mA)规定了“齐纳电压(VZ)”。 此外,ZD基本上在ON状态下使用。 而TVS为了不影响IC的驱动电压,在电路正常工作期间处于OFF状态,当被施加了浪涌等突发过电压时,击穿电压值变得越发重要。 因此,规定了绝对不会导致击穿的两个电压——“截止电压(VRWM)”和“击穿电压(VBR)”。 此外,由于其主要用途是过电压保护,因此,作为保护特性,对几A~几十A范围内的大电流范围特性也有规定。 来源:rohm
  • 2022-4-23 00:13
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    ​ 转载--- 电源研发精英圈 2019-07-26 20:00 TVS、压敏、放电管做雷击哪个更好! 在雷电放电的过程中,由于瞬间放电产生了强烈的电磁脉冲,在临近的设备或电子线路上感应了幅值和变化速率都很高的浪涌电压电流,对某些电子设备产生毁灭性的的破坏,而过压/浪涌防护器件就是为各类电子设备提供防护的,避免设备内部的电子元器件遭受雷击浪涌的损坏。压敏电阻、气体放电管、TVS管(瞬间抑制二极管)三种器件都限压型的浪涌保护器件,都被用来在电路中用作浪涌保护,但是却有不少客户认为TVS二极管不如气体放电管和压敏电阻。关于TVS二极管和气体放电管、压敏电阻谁在限压/浪涌防护中作用更大的问题,元芳,你怎么看? ​ 有比较才能够凸显出优劣,从而找到最佳的方案。这一招不管是在市场招商还是电子保护器件的选型都是适用的。但是在这里居然能够看到有人说TVS二极管不如气体放电管和压敏电阻,这个很多工程师们就不同意了。工程师从反应时间、通流容量以及工作原理三个方面分析了三种过压/浪涌防护器件的优劣,也深深的让小编感受到了TVS二极管的强大,瞬间就能理解TVS二极管为什么应用范围那么广泛了。小编也不藏私,以下就是某电子FAE工程师分析三种过压/浪涌防护器件优劣的三点: 1 在反应时间上 快: TVS二极管的反应速度是最快的,为皮秒级 中: 压敏电阻介于TVS和气体放电管之间 压敏电阻略慢,为纳秒级; 慢: 而气体放电管最慢,通常为几十个纳秒甚至更多。 2 在通流容量上 小: TVS二极管通常只有几百A; 中: 压敏电同样介于TVS和气体放电管之间, 而压敏电阻按不同规格,可通过数KA到数十KA的单次8/20uS浪涌电流; 大: 而对于气体放电管来说通常十KA级别8/20μS浪涌电流可导通数百次。 2 从原理上看 TVS管基于二极管雪崩效应; 压敏电阻器基于氧化锌晶粒间的势垒作用; 而气体放电管则是基于气体击穿放电。 另一个不能忽略的特点是二极管可以很方便地与其它器件集成在一个芯片上,现有很多将EMI过滤和RFI防护等功能与TVS管集成在一起的器件,不但减少设计所采用的器件数目降低成本,而且也避免PCB板上布线时易诱发的伴生自感。 ---end--- ​
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    2022-4-21 08:08
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    ​ 转载--- 电源研发精英圈 2017-08-28 21:15 我 们 学 电 源 电 源 看 这 里 电源界第一大公众平台48000+电源工程师关注 稳压二极管(Zener Diod 齐纳二极管) A原理:它工作在电压反向击穿状态,当反向电压达到并超过稳定电压时,反向电流突然增大,而二极管两端电压恒定 B分类 从稳压高低分:低压稳压二极管(<40V); 200V) 从材料分:N型;P型 C.主要参数 ①稳定电压VZ:在规定的稳压管,反向工作电流IZ下,所对应的反向工作电压。 ②稳定电流IE ③动态电阻rZ; ④最大耗散功率 PZM ⑤最大稳定工作电流 IZmax和最小稳定工作电流 IZmin ⑥温度系数at,温度越高,稳压误差越大 D.用途 ①对漏极和源极进行钳位保护 硅稳压二极管稳压电路 它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的,由于反向特性陡直,较大的电流变化,只会引起较小的电压变化。 ​ ​ 瞬态抑制二极管简称TVS (Transient Voltage Suppressor) 1.特点: 在规定的反向应用条件下,当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时,其工作阻抗能立即降至很低的导通值,允许大电流通过,并将电压箝制到预定水平,从而有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏。反映速度快(为pS级), 体积小,箝位电压低,可靠性高双向TVS适用于交流电路,单向TVS一般用于直流电路。 2.分类: 按极性分为单极性和双极性两种 3. 符号: Symbol ​ 4.二极管的特性图表 ​ ​ 5.二极管的抑制瞬态电压的例图和单向保护图形 ​ 6.TVS 的主要参数 ① VBR:Reverse Breakdown Voltage (反向崩溃电压即击穿电压) 定义: 当TVS 流过规定的1mA 电流( IR)时,测德TVS 两极间的电压VBR是TVS 最小的雪崩电压。25℃时,在这个电压之前,TVS 是不导通的, 当瞬态电压超过VBR,瞬态电压抑制二极管便产生崩溃把瞬态电压抑制在某个水平, 提供瞬态电流一个超低电阻通路,让瞬态电流透过瞬态电压抑 制二极管被引开, 避开被保 护元件。 ② IR: Reverse Leakage Current (反向漏电电流) 当最大反向工作电压施加到TVS上时,TVS管有一个漏电流IR,一般都会有10-100μA的反向漏电电流。当TVS用于高阻抗电路时,这个漏电流是一个重要的参数。 ③ VRWM: 最大反向工作电压 (Reverse Stand-off Voltage:可承受的反向电压)是器件反向工作时,在规定的IR下,器件两端的电压值。此时二极管为不导通之状态,通常VRWM=(0.8~0.9)VBR。使用时,应使VRWM不低于被保护器件或线路的正常工作电压。 ④ VC(max ):最大箝位电压(TVS diode Clamping Voltage :抑制电压) 在脉冲峰值电流Ipp 作用下,器件两端的最大电压值称为最大箝位电压。使用时,应使VC(max )不高于被保护器件的最大允许安全电压。最大箝位电压与击穿电压之比称为箝为系数。即:箝位系数=VC(max )/VBR一般箝位系数为1.3左右。 ⑤ Cj:TVS diodeJunction Capacitance (瞬态二极管的电容值) TVS的电容由硅片的面积和偏置电压来决定,电容在零偏情况下,随偏置电压的增加,该电容值呈下降趋势。电容的大小会影响TVS器件的响应时间。瞬态电压抑制二极管的电容值越大对电路的干扰越大, 形成噪音越大或衰减 讯号强度越大, 对于数据/讯号频率越高的回路,电容值不大于10pF。 ⑥ IPP:最大的峰值脉冲电流。 在反向工作时,在规定的脉冲条件下,器件允许通过的最大脉冲峰值电流。 ⑦ PPR:反向脉冲峰值功率。 TVS的PPR取决于脉冲峰值电流IPP和最大箝位电压VC,除此以外,还和脉冲波形、脉冲时间及环境温度有关。 ​ 7.瞬态抑制二极管TVS的命名法则 ​ 8. 检测二极管的方法 用万用表R×1k挡测量管子的好坏 ①对单极型的TVS,按照测量平凡二极体的方法,可测出其正、反向电阻, 一般正向电阻为4k5左右,反向电阻为无限大 。 ②对双向极型的TVS,任意调换红、黑表笔测量其两引脚间的电阻值均应为无限大,否则,申明管子机能不良或已经损坏。 9. TVS在电路应用中的典型例子: 直流电中选用举例: 整机直流工作电压12V,最大允许安全电压25V(峰值),浪涌源的阻抗50MΩ,其干扰波形为方波,TP=1MS,最大峰值电流50A。 ​ 交流电路应用举例: 直流线路采用单向瞬变电压抑制二极管,交流则必须采用双向瞬变电压抑制二极管。交流是电网电压,这里产生的瞬变电压是随机的,有时还遇到雷击(雷电感应产生的瞬变电压)所以很难定量估算出瞬时脉冲功率PPR。但是对最大反向工作电压必须有正确的选取。一般原则是交流电压乘1.4倍来选取TVS管的最大反向工作电压。 直流电压则按1.1~1.2倍来选取TVS管的最大反向工作电压VRWM。下图给出了一个微机电源采用TVS作线路保护的原理图 ​ 1.在进线的220VAC处加TVS管抑制220V交流电网中尖峰干扰。 2. 在变压器进线加上干扰滤波器,滤除小尖峰干扰。 3 .在变压输出端VAC=20V处又加上TVS管,再一次抑制干扰。 4 .到了直流10V输出时还加上TVS管抑制干扰。 ---end--- ​
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    2021-5-6 22:57
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    不要小瞧TVS管哦,否则要吃大亏
    摘要: TVS 管是常用的保护器件,但在平时正常环境的测试中,并不能明显地感觉到它的存在,好像有没有 TVS 管,都一个样。 TVS 管表示很委屈。 TVS 管本身就是为了在意外情况(比如瞬间高压串扰)保护电路的,既然是意外,就不会一直存在,平时当然就缺乏存在感了。但在实际应用,尤其是工业应用中,没有它是不行的,分享一个实际项目经历,感受一下 TVS 管的作用。 关键词: CAN 总线 TVS 管 防雷管 抗干扰 1. 缘起 这个故事要从刚参加工作的时候说起。一个前辈设计的一个具有 CAN 总线接口的传感器,说是在现场使用中出现了总线通信中断的问题,派孔丙火(微信公众号:孔丙火)过去排查一下问题。我们的产品是应用工业现场的,属于特殊行业。到现场后,发现是 CAN 收发器芯片损坏了,收发器用的是 PCA82C250 ,更换了一个便好了,因此,首先认为是器件的问题,没有多想。虽然问题解决了,但应客户的要求,要观察两天,于是就继续待在现场观察一下。 隔了一天,客户又反映通信中断了,查看了一下,又是 CAN 收发器芯片损坏了,为了查清问题,直接换了一块新的板子让用户先用,把出问题的板子从传感器中拿了出来进行测试。测试发现,在 CAN 总线接口部分,除了 PCA82C250 损坏了,其它器件都是正常的。在当时看来,孔丙火(微信公众号:孔丙火)认为,芯片损坏主要有两种可能:一是芯片本身质量问题,二是有干扰导致芯片损坏。但已经连续损坏了两次,如果是芯片质量问题,不同批次的两个芯片都有质量问题的概率太低了,于是重点看接口保护部分是否有问题。 2. 问题查找 当时也是持怀疑的态度,因为公司所有产品的 CAN 接口电路都是一样的,如果有问题,早就应该暴露了啊。细看了一下,发现之前 CAN 接口上都是用的 6.5V 的双向 TVS 管,但这个板子上用的是一个防雷管,好像发现了端倪。这里说明一下,传感器是用在特殊行业的,由于没有接地线,因此 CAN 总线的两根线并没有通过高压电容导向大地,只是简单地采用 3 个 TVS 管进行了保护,如图 1 所示。 图 1 图中的 3 个 TVS 管,现场的板子上焊接的是防雷管,动作电压在 200V 左右。孔丙火(微信公众号:孔丙火)把有问题的板子的防雷管重新换成了 6.5V 的 TVS 管,然后重新放回现场使用,没有再出现问题。 TVS 管是瞬态二极管( Transient Voltage Suppressor )的简称。 TVS 是一种二极管形式的高效能保护器件。当 TVS 二极管的两端受到反向瞬态高能量冲击时,它能以 10 的负 12 次方秒量级的速度,将其两极间的高阻抗变为低阻抗,吸收高达数千瓦的浪涌功率,使两极间的电压箝位于一个预定值,有效地保护电子线路中的精密元器件,免受各种浪涌脉冲的损坏。由于它具有响应速度快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点,广泛应用在现场总线设备中。图 1 中使用的是双向 TVS 管,可以实现双向保护。 TVS 管的保护能力是比较强的,可以吸收比较高的能量。但一般情况下,不能承受持续的重复冲击,不应超过 0.01% (冲击脉冲持续时间与间歇时间之比),超过的话,容易造成 TVS 管损坏。当瞬时脉冲结束后, TVS 管自动恢复到高阻状态,整个电路恢复正常工作。 3. 分析(要重视 TVS ) 首先,直观感受,孔丙火(微信公众号:孔丙火)认为,在这个特定的应用场景中, TVS 管是必须的,没有它,设备容易损坏,所以 TVS 管是很重要的哦。 其次,至于前辈为什么使用防雷管,后来我跟他交流的时候得知,在之前的一个工业现场,也出现了 CAN 收发器芯片损坏的情况,当时的干扰电压比较高,通过加防雷管的方法解决了问题。在后来的设备生产中,忘记了把 bom 恢复成 TVS 管。这是问题产生的原因。 第三,在一般的通信接口设计中,会加 TVS 管进行抗干扰保护,在实验室测试中,好像感觉并没有什么用,但真正在工业环境下使用, TVS 管是可以起到保护器件的作用的,不然其他元器件容易损坏,是要吃大亏的。 第四,抗干扰设计是一门大学问,本文仅仅是通过一个简单的例子,来说明 TVS 管的重要性,在实际的设计中,未必都是用 TVS 管保护的,也可以有更好的方式,这不是本文讨论的重点,也欢迎大家讨论交流。 文章在公众号( 孔丙火 )同步推出,欢迎查看更多系列文章。 单片机、 ARM 、现场总线、 PLC 、嵌入式软硬件的设计经验分享,秉承“点点滴滴皆智慧”的理念,以实际项目为单元阐述知识点,一起分享,共同交流。
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    2020-12-19 14:52
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    平时在做浪涌测试时,总是提到的参数是设备所能承受的浪涌电压,如差模2KV,共模4KV等。在选用防浪涌所用的TVS时,也就经常考虑这个问题,TVS哪个参数能对应出不同的浪涌电压值。 在TVS选型时,有很多参数需要考虑,如钳位电压、击穿电压、脉冲峰值电流和负载电容等。这里不讨论其他参数,只关注如何计算出所能承受的浪涌电压。 以SMBJ15A为例,下图中提到了的两个参数:最大钳位电压和脉冲峰值电流,其承受的最大浪涌功率为 最大钳位电压 * 脉冲峰值电流 = 24.4V * 24.6A = 600.24W。这也是我们常说的SMB系列TVS能承受600W功率。如果没有特殊说明,这个功率是在10/1000us浪涌测试波形下测量的。 实际产品中,最常用的浪涌测试电流波形为8/20us和10/700us,如何将TVS承受浪涌功率从10/1000us波形下换算到其他波形呢,这就需要看Spec中的另一个曲线图: 通过上图可以查出,8/20us波形所对应脉冲宽度50us,对应峰值功率为3300W左右。那么这种情况下,反算脉冲峰值电流为 3300W / 24.4V = 135.25A。 如果SMBJ15A放在电源端口,在共模时,浪涌发生器内阻为12欧姆,那么所能承受的电压为: 135.25A * 12ohm = 1623V; 如果SMBJ15A放在电源端口,在差模时,浪涌发生器内阻为2欧姆,那么所能承受的电压为:135.25A * 2ohm = 270.5V; 如果SMBJ15A放在非对称信号端口,无论差模共模,浪涌发生器内阻为42欧姆,那么所能承受的电压为: 90.16A * 42ohm = 5680.5V。 从上面我们可以看出,一个TVS所能承受的最大浪涌电压,不仅与自身的参数相关(最大承受功率、钳位电压等),也和其在电路的位置息息相关(浪涌发生器的内阻值非常重要)。 2022.02.28:统一修改为电流波,重新计算电压值。
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