TVS二极管选型指南
一、选用指南
1
、首先确定被保护电路的最大直流或连续工作电压,电路的额定标准电压和
“
高端
”
容限。
2
、
TVS
的额定反向关断电压
VWM
应大于或等于被保护电路的最大工作电压,若选用的
VWM
太低,器件有可能进入雪崩状态或因反向漏电流太大影响电路的正常工作。
3
、
TVS
的最大箝位电压
VC
应小于被保护电路的损坏电压。
4
、
TVS
的最大峰值脉冲功率
PW
必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。
5
、
在确定了
TVS
的最大箝位电压后,其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。
6
、
对于数据接口电路的保护,必须注意选取尽可能小的电容值
C
的
TVS
器件。
7
、
带
A
的
TVS
二极管比不带
A
的
TVS
二极管的离散性要好,在
TVS
二极管
A
前面加
C
的型号表示双向
TVS
二极管。
8
、
直流保护一般选用单向
TVS
二极管,交流保护一般选用双向
TVS
二极管,多路保护选用
TVS
阵列器件,大功率保护选用
TVS
专用保护模块。特殊情况,如:
RS-485
和
RS-232
保护可选用双向
TVS
二极管或
TVS
阵列。
9
、
TVS
二极管可以在
-55
℃
到
+150
℃
之间工作,如果需要
TVS
在一个变化的温度下工作,由于其反向漏电流
ID
是随温度的增加而增大;功耗随
TVS
结温度增加而下降,故在选用
TVS
时应考虑温度变化对其特性的影响。
10
、
TVS
二极管可以串
/
并应用,串行连接分电压,并行连接分电流。但考虑到
TVS
的离散性,使用时应尽可能的减少串
/
并数量。
二、注解
1
、
VWM
—
是
TVS
最大连续工作的直流或脉冲电压,当这个反向电压加于
TVS
两极时,它处于反向关断状态,流过它的电流小于或等于其最大反向漏电流
ID
。
2
、
VBR
—
是
TVS
最小的雪崩电压。
25
℃
时,在这个电压之前,保护
TVS
是不导通的。当
TVS
流过规定的
1mA
电流
IR
时,加于
TVS
两极间的电压为其最小击穿电压
VBR
。
3
、
IT
—--
测试电流。
4
、
ID
—--
反向漏电流。
5
、
VC
—
当持续时间为
20us
的脉冲峰值电流
IPP
流过
TVS
时,其两极间出现的最大峰值电压为
VC
。它是串联电阻和热温升两者电压上升的组合。
6
、
IPP
—
最大的峰值脉冲电流。
7
、
C----
电容值(
pF
)。在收
/
发的总线接口电路里,选取电容值小的
TVS
器件尤为有利。
二、 TVS 相关参数及选型
处理瞬时脉冲对器件损害的最好办法是将瞬时电流从敏感器件引开。 TVS 二极管在线路板上与被保护线路并联,当瞬时电压超过电路正常工作电压后, TVS 二极管便发生雪崩,提供给瞬时电流一个超低电阻通路,其结果是瞬时电流通过二极管被引开,避开被保护器件,并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。当瞬时脉冲结束以后, TVS 二极管自动回复高阻状态,整个回路进入正常电压。许多器件在承受多次冲击后,其参数及性能会发生退化,而只要工作在限定范围内,二极管将不会发生损坏或退化。
从以上过程可以看出,在选择
TVS
二极管时,必须注意以下几个参数的选择:
1.
最小击穿电压
VBR
和击穿电流
IR
。
VBR
是
TVS
最小的击穿电压,在
25
℃
时,低于这个电压
TVS
是不会发生雪崩的。当
TVS
流过规定的
1mA
电流
(IR
)
时,加于
TVS
两极的电压为其最小击穿电压
VBR
。按
TVS
的
VBR
与标准值的离散程度,可把
VBR
分为
5%
和
10%
两种。对于
5%
的
VBR
来说,
VWM
=0.85VBR
;对于
10%
的
VBR
来说,
VWM
=0.81VBR
。为了满足
IEC61000-4-2
国际标准,
TVS
二极管必须达到可以处理最小
8kV(
接触
)
和
15kV(
空气
)
的
ESD
冲击,有的半导体生产厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。对于某些有特殊要求的便携设备应用,设计者可以按需要挑选器件。
2. 最大反向漏电流 ID 和额定反向关断电压 VWM 。 VWM 这是二极管在正常状态时可承受的电压,此电压应大于或等于被保护电路的正常工作电压,否则二极管会不断截止回路电压;但它又需要尽量与被保护回路的正常工作电压接近,这样才不会在 TVS 工作以前使整个回路面对过压威胁。当这个额定反向关断电压 VWM 加于 TVS 的两极间时它处于反向关断状态,流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流 ID 。
3. 最大箝位电压 VC 和最大峰值脉冲电流 IPP 。当持续时间为 20mS 的脉冲峰值电流 IPP 流过 TVS 时,在其两端出现的最大峰值电压为 VC 。 VC 、 IPP 反映了 TVS 的浪涌抑制能力。 VC 与 VBR 之比称为箝位因子,一般在 1.2~1.4 之间。 VC 是二极管在截止状态提供的电压,也就是在 ESD 冲击状态时通过 TVS 的电压,它不能大于被保护回路的可承受极限电压,否则器件面临被损伤的危险。
4. Pppm 额定脉冲功率,这是基于最大截止电压和此时的峰值脉冲电流。对于手持设备,一般来说 500W 的 TVS 就足够了。最大峰值脉冲功耗 PM 是 TVS 能承受的最大峰值脉冲功耗值。在给定的最大箝位电压下,功耗 PM 越大,其浪涌电流的承受能力越大。在给定的功耗 PM 下,箝位电压 VC 越低,其浪涌电流的承受能力越大。另外,峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且, TVS 所能承受的瞬态脉冲是不重复的,器件规定的脉冲重复频率 ( 持续时间与间歇时间之比 ) 为 0.01% 。如果电路内出现重复性脉冲,应考虑脉冲功率的累积,有可能损坏 TVS 。
5. 电容量 C 。电容量 C 是由 TVS 雪崩结截面决定的,是在特定的 1MHz 频率下测得的。 C 的大小与 TVS 的电流承受能力成正比, C 太大将使信号衰减。因此, C 是数据接口电路选用 TVS 的重要参数。电容对于数据 / 信号频率越高的回路,二极管的电容对电路的干扰越大,形成噪声或衰减信号强度,因此需要根据回路的特性来决定所选器件的电容范围。高频回路一般选择电容应尽量小 ( 如 LCTVS 、低电容 TVS ,电容不大于 3pF) ,而对电容要求不高的回路电容选择可高于 40pF 。