瞬態抑制(TVS)二極管又叫箝位型二極管,是目前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,但其吸收的浪涌功率可達數千瓦,它的主要特點是在反向應用條件下,當承受一個高能量的脈沖時,其工作阻抗立即降至極低的導通值,從而允許大電流通過,同時把電壓箝制在預定水平,其響應時間小于1ns,因此可有效地保護電子線路中的精密元器件。具有響應時間快、瞬態功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、箝位電壓較易控制、損壞極限較高、體積小等優點。
在實際應用電路中,處理瞬時脈沖對器件損害的最好辦法,就是將瞬時電流從敏感器件引開。為達到這一目的,將TVS二極管在PCB上與被保護器件并聯。這樣,當瞬時電壓超過電路正常工作電壓后,TVS二極管將發生雪崩擊穿,從而提供給瞬時電流一個超低阻抗的通路,其結果是瞬時電流通過TVS二極管被引開,從而避開被保護器件,并且電壓恢復正常值之前使被保護回路一直保持截止電壓,在此之后,當瞬時脈沖結束以后,TVS二極管在自動恢復至高阻狀態,整個回路進入正常電壓狀態。以下是TVS二極管在電路應用中的幾個典型實例。
TVS二極管在交流電路中的應用
如圖1所示,這是一個雙向TVS二極管在交流電路中的應用,可以有效地抑制電網帶來的過載脈沖,從而起到保護整流橋及負載中所有元器件的作用。
圖1 TVS二極管應用于交流電路
如圖2所示,單向TVS二極管并聯于整流管旁側,以保護整流管不被瞬時脈沖擊穿。
圖2 TVS二極管應用于整流電路
TVS二極管應用于直流穩壓電源保護
圖3是一個直流穩壓電壓,在其輸出端加上TVS二極管,可以保護使用該電源的儀器設備,同時還可以吸收電路中晶體管的集電極到發射極間的峰值電壓,從而保護晶體管。建議在每個穩壓源的輸出端增加一個TVS二極管,這樣可以大幅度地提高整機的可靠性。
圖3 TVS二極管應用于直流穩壓電源保護
TVS二極管應用于晶體管電路保護
各種瞬變電壓會使晶體管的EB結或CE結擊穿而損壞,當晶體管集電極有感性(繼電器線圈、變壓器、電動機)負載時,通常會產生高壓反電勢,可能損壞晶體管。在實際應用中,建議采用TVS二極管作為保護器件。圖4所示為TVS二極管應用于晶體管電路的保護實例。
圖4 TVS二極管用于晶體管電路保護
集成電路的保護
由于現代IC的集成度越來越高,而其耐壓則越來越低,因而很容易受到瞬變電壓的沖擊而損壞,故須采取保護措施。通常在CMOS電路的輸入端及輸出端都有保護網絡,為了可靠起見,在各整機對外接口處也增加了各種保護網絡。圖5中給出了用TVS二極管對CMOS器件進行保護的有關電路措施。
圖5 TVS二極管集成電路保護實例
TVS二極管應用于集成電路運放保護
集成運放對外界電應力非常敏感,圖6所示是用TVS在運放差模輸入端防止過壓損傷的保護電路。
圖6 TVS二極管應用于集成運放保護
通信總線需要與外部很多設備進行數據交換,要增加浪涌防護功能;如圖7所示,TVS二極管對管在RS-485收發器接口處實現共模浪涌防護功能。
圖7 通信端口保護電路
TVS二極管是一種保護敏感元器件免受ESD和EMI浪涌脈沖的有效、低成本的器件,隨著TVS二極管的迅速發展和廣泛應用,本文通過介紹TVS二極管的特性及關鍵參數、選型、典型應用、性能優化和電路設計中的注意事項,使TVS二極管在電路設計應用中發揮最佳性能,有效解決電路瞬變干擾引起的過壓問題,大大提高電子設備的安全性和可靠性。
評論
查看更多