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Welche Funktion haben TVS-Dioden?
2022-11-18
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Die TVS-Röhre ist ein hocheffizientes Schutzgerät. Wenn die beiden Enden einem sofortigen Stoß mit hoher Energie ausgesetzt sind, kann die TVS-Röhre ihre Hochwiderstandseigenschaften sofort in Niederwiderstandseigenschaften umwandeln, große Ströme absorbieren und die Spannung an beiden Enden der TVS-Röhre festklemmen. Ab einem bestimmten Wert (dem Spannungsfestigkeitswert der TVS-Röhre) ist der hintere Stromkreis vor den Auswirkungen transienter hoher Energie geschützt und die Sicherheit des Stromkreises ist gewährleistet. Wie nachfolgend dargestellt. Einfach ausgedrückt: Wenn die Spannungsbelastung, der der Stromkreis standhalten kann, nicht höher als 24 V DC ist, schweißen Sie eine 26-V-TVS-Röhre an die Stromversorgung. Wenn die Versorgungsspannung 26 V nicht überschreitet, befindet sich die TVS-Röhre in einem hochohmigen Zustand; Nach einem Impuls von mehr als 26 V kann die TVS-Röhre die Schaltkreisspannung schnell auf 24 V klemmen und so die Sicherheit der Leiterplatte gewährleisten.
Die Rolle von TVS-Dioden
Im Allgemeinen sind die Funktionen von TVS-Dioden:
(1) Durch das Hinzufügen von TVS-Dioden zu Signal- und Stromleitungen können Fehlfunktionen von Mikroprozessoren oder Einzelchip-Mikrocomputern aufgrund plötzlicher Spannungsspitzen, wie beispielsweise elektrostatischer Entladungseffekte, Wechselstromspitzen und Rauschen von Schaltnetzteilen, verhindert werden.
(2) Der elektrostatische Entladungseffekt kann Impulse von über 10000 V und 60 A freisetzen und 10 ms anhalten. Herkömmliche TTL-Geräte hingegen werden durch 10-V-Impulse von mehr als 30 ms beschädigt. Der Einsatz von TVS-Dioden kann Impulse, die Geräte beschädigen würden, effektiv absorbieren und Störungen (Übersprechen) durch das Umschalten zwischen Bussen eliminieren.
(3) Durch die Platzierung der TVS-Diode zwischen der Signalleitung und der Masse kann verhindert werden, dass der Daten- und Steuerbus durch unnötiges Rauschen beeinträchtigt wird.
Funktionsweise von TVS-Dioden
Der Überspannungsschutz (TransientVoltageSuppressor) wird als TVS-Röhre bezeichnet. Die elektrischen Eigenschaften der TVS-Röhre werden durch die PN-Übergangsfläche, die Dotierungskonzentration und den Waferwiderstand bestimmt. Ihre Stoßstromfestigkeit ist proportional zur PN-Übergangsfläche. TVS wird häufig zum Schutz von Halbleitern und empfindlichen Geräten eingesetzt, üblicherweise zum Schutz der sekundären Stromversorgung und von Signalkreisen sowie zur Antistatik. Sie zeichnet sich durch schnelle Reaktion (ps-Pegel), geringe Größe, hohe Impulsleistung und niedrige Klemmspannung aus. Ihre 10/1000-μs-Wellenimpulsleistung reicht von 400 W bis 30 kW, und der Impulsspitzenstrom reicht von 0.52 A bis 544 A; die Durchbruchspannung hat einen Wertebereich von 6.8 V bis 550 V, was für den Einsatz in Schaltkreisen mit unterschiedlichen Spannungen praktisch ist.
Das Gerät ist im Stromkreis parallel geschaltet. Wenn der Stromkreis normal funktioniert, befindet er sich im ausgeschalteten Zustand (Zustand mit hohem Widerstand), was den normalen Betrieb des Stromkreises nicht beeinträchtigt. Wenn der Stromkreis eine abnormale Überspannung aufweist und seine Durchbruchspannung erreicht, wechselt er schnell von einem Zustand mit hohem Widerstand in einen Zustand mit hohem Widerstand. Der Zustand mit niedriger Impedanz stellt einen Leitungspfad mit niedriger Impedanz für den Momentanstrom bereit und begrenzt gleichzeitig die ungewöhnlich hohe Spannung auf einen sicheren Wert, wodurch der geschützte IC oder Schaltkreis geschützt wird. Wenn die abnormale Überspannung verschwindet, kehrt sie in den hochohmigen Zustand zurück und die Schaltung funktioniert normal.
Eigenschaften der TVS-Dioden
Kennlinie der TVS-Dioden
Hauptcharakteristische Parameter
①Sperrspannung (Abschaltspannung) VRWM und Sperrleckstrom IR: Die Sperrspannung (Abschaltspannung) VRWM gibt die höchste Spannung an, bei der die TVS-Röhre nicht leitet, und unter dieser Spannung IR gibt es nur einen geringen Sperrleckstrom.
4. Durchbruchspannung VBR: Die Spannung, wenn die TVS-Röhre den angegebenen Teststrom IT durchläuft. Dies ist die Vorzeichenspannung, die anzeigt, dass die TVS-Röhre eingeschaltet ist (die Zahlen in den Modellen der Serien P6SMA, P1.5SMB, 4SMC, P6KE, P1.5KE und XNUMXKE sind Durchbruchspannungen. Die anderen Zahlenreihen geben die Sperrspannung im Sperrzustand an).
Die Durchbruchspannung der TVS-Röhre hat einen Fehlerbereich von ±5 % (bei der ohne „A“ beträgt er ±10 %).
10. Impulsspitzenstrom IPP: Der maximale Spitzenstrom der 1000/8-μs-Welle, den die TVS-Röhre durchlässt (der Spitzenstrom der 20/5-μs-Welle ist etwa fünfmal so hoch). Eine Überschreitung dieses Stromwerts kann zu dauerhaften Schäden führen. In derselben Serie gilt: Je höher die Durchbruchspannung der Röhre, desto kleiner der zulässige Spitzenstrom.
④Maximale Klemmspannung VC: Die Spannung, die an beiden Enden der TVS-Röhre anliegt, wenn der Impulsspitzenstrom IPP fließt.
⑤Pulsspitzenleistung Pm: Die Pulsspitzenleistung Pm bezieht sich auf das Produkt aus dem Pulsspitzenstrom IPP der 10/1000μs-Welle und der maximalen Klemmspannung VC, d. h. Pm=IPP*VC.
TVS-Diodenanwendungen
① Auswahl des Impulsspitzenstroms IPP und der maximalen Klemmspannung VC: Bei alleiniger Verwendung einer TVS-Röhre sollte das passende IPP-Modell entsprechend dem maximal möglichen Stoßstrom auf der Leitung ausgewählt werden. Bei Verwendung der TVS-Röhre als zweite Schutzstufe reichen in der Regel 500–600 W aus. Es ist zu beachten, dass die maximale Klemmspannung VC zu diesem Zeitpunkt nicht größer sein sollte als die maximale Stoßspannung (Sicherheitsspannung), der das geschützte Gerät standhalten kann.
10. Beim Schutz von Signalübertragungsschaltungen ist auf die Frequenz bzw. Übertragungsrate des übertragenen Signals zu achten. Bei einer Signalfrequenz (Übertragungsrate) ≥ 60 MHz (Mbit/s) sollte Cj ≤ 100 pF sein; bei einer Signalfrequenz (Übertragungsrate) ≥ 20 MHz (Mbit/s) sollte Cj ≤ 20 pF sein. Bei hoher Signalfrequenz oder Übertragungsrate sollten Serienröhren mit niedriger Kapazität gewählt werden. Wenn die Serienröhren mit niedriger Kapazität die Anforderungen immer noch nicht erfüllen, sollte die TVS-Röhre an eine Brücke aus Fast-Recovery-Dioden angeschlossen werden, um die äquivalente Gesamtkapazität zu reduzieren und die Übertragungssignalfrequenz zu erhöhen. Für die in der folgenden Abbildung dargestellte Schaltung kann die maximale Übertragungsfrequenz über XNUMX MHz liegen.
TVS1 schützt den gesamten Stromkreis einschließlich des Transformators.
TVS2 bietet ein hohes Maß an Schutz für den nachfolgenden Stromkreis (den gesamten Stromkreis außer dem Transformator). Aufgrund der physikalischen Natur des Transformators als großer Serienwiderstand besteht nur eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass der Stromkreis bei einer Überspannung unterbrochen wird.
TVS3 bietet umfassenden Schutz für die Last. Hier kommen kostengünstigere unipolare TVS-Dioden zum Einsatz. Wird nur TVS3 im Schaltkreis verwendet, sollte die Brücke, da sie nicht durch TVS geschützt ist, durch ein Gerät mit höherem Spannungs- und Stromverhältnis geschützt werden, um Schäden zu vermeiden.
Die Rolle von TVS-Dioden
Im Allgemeinen sind die Funktionen von TVS-Dioden:
(1) Durch das Hinzufügen von TVS-Dioden zu Signal- und Stromleitungen können Fehlfunktionen von Mikroprozessoren oder Einzelchip-Mikrocomputern aufgrund plötzlicher Spannungsspitzen, wie beispielsweise elektrostatischer Entladungseffekte, Wechselstromspitzen und Rauschen von Schaltnetzteilen, verhindert werden.
(2) Der elektrostatische Entladungseffekt kann Impulse von über 10000 V und 60 A freisetzen und 10 ms anhalten. Herkömmliche TTL-Geräte hingegen werden durch 10-V-Impulse von mehr als 30 ms beschädigt. Der Einsatz von TVS-Dioden kann Impulse, die Geräte beschädigen würden, effektiv absorbieren und Störungen (Übersprechen) durch das Umschalten zwischen Bussen eliminieren.
(3) Durch die Platzierung der TVS-Diode zwischen der Signalleitung und der Masse kann verhindert werden, dass der Daten- und Steuerbus durch unnötiges Rauschen beeinträchtigt wird.
Funktionsweise von TVS-Dioden
Der Überspannungsschutz (TransientVoltageSuppressor) wird als TVS-Röhre bezeichnet. Die elektrischen Eigenschaften der TVS-Röhre werden durch die PN-Übergangsfläche, die Dotierungskonzentration und den Waferwiderstand bestimmt. Ihre Stoßstromfestigkeit ist proportional zur PN-Übergangsfläche. TVS wird häufig zum Schutz von Halbleitern und empfindlichen Geräten eingesetzt, üblicherweise zum Schutz der sekundären Stromversorgung und von Signalkreisen sowie zur Antistatik. Sie zeichnet sich durch schnelle Reaktion (ps-Pegel), geringe Größe, hohe Impulsleistung und niedrige Klemmspannung aus. Ihre 10/1000-μs-Wellenimpulsleistung reicht von 400 W bis 30 kW, und der Impulsspitzenstrom reicht von 0.52 A bis 544 A; die Durchbruchspannung hat einen Wertebereich von 6.8 V bis 550 V, was für den Einsatz in Schaltkreisen mit unterschiedlichen Spannungen praktisch ist.
Das Gerät ist im Stromkreis parallel geschaltet. Wenn der Stromkreis normal funktioniert, befindet er sich im ausgeschalteten Zustand (Zustand mit hohem Widerstand), was den normalen Betrieb des Stromkreises nicht beeinträchtigt. Wenn der Stromkreis eine abnormale Überspannung aufweist und seine Durchbruchspannung erreicht, wechselt er schnell von einem Zustand mit hohem Widerstand in einen Zustand mit hohem Widerstand. Der Zustand mit niedriger Impedanz stellt einen Leitungspfad mit niedriger Impedanz für den Momentanstrom bereit und begrenzt gleichzeitig die ungewöhnlich hohe Spannung auf einen sicheren Wert, wodurch der geschützte IC oder Schaltkreis geschützt wird. Wenn die abnormale Überspannung verschwindet, kehrt sie in den hochohmigen Zustand zurück und die Schaltung funktioniert normal.
Eigenschaften der TVS-Dioden
Kennlinie der TVS-Dioden
Hauptcharakteristische Parameter
①Sperrspannung (Abschaltspannung) VRWM und Sperrleckstrom IR: Die Sperrspannung (Abschaltspannung) VRWM gibt die höchste Spannung an, bei der die TVS-Röhre nicht leitet, und unter dieser Spannung IR gibt es nur einen geringen Sperrleckstrom.
4. Durchbruchspannung VBR: Die Spannung, wenn die TVS-Röhre den angegebenen Teststrom IT durchläuft. Dies ist die Vorzeichenspannung, die anzeigt, dass die TVS-Röhre eingeschaltet ist (die Zahlen in den Modellen der Serien P6SMA, P1.5SMB, 4SMC, P6KE, P1.5KE und XNUMXKE sind Durchbruchspannungen. Die anderen Zahlenreihen geben die Sperrspannung im Sperrzustand an).
Die Durchbruchspannung der TVS-Röhre hat einen Fehlerbereich von ±5 % (bei der ohne „A“ beträgt er ±10 %).
10. Impulsspitzenstrom IPP: Der maximale Spitzenstrom der 1000/8-μs-Welle, den die TVS-Röhre durchlässt (der Spitzenstrom der 20/5-μs-Welle ist etwa fünfmal so hoch). Eine Überschreitung dieses Stromwerts kann zu dauerhaften Schäden führen. In derselben Serie gilt: Je höher die Durchbruchspannung der Röhre, desto kleiner der zulässige Spitzenstrom.
④Maximale Klemmspannung VC: Die Spannung, die an beiden Enden der TVS-Röhre anliegt, wenn der Impulsspitzenstrom IPP fließt.
⑤Pulsspitzenleistung Pm: Die Pulsspitzenleistung Pm bezieht sich auf das Produkt aus dem Pulsspitzenstrom IPP der 10/1000μs-Welle und der maximalen Klemmspannung VC, d. h. Pm=IPP*VC.
TVS-Diodenanwendungen
① Auswahl des Impulsspitzenstroms IPP und der maximalen Klemmspannung VC: Bei alleiniger Verwendung einer TVS-Röhre sollte das passende IPP-Modell entsprechend dem maximal möglichen Stoßstrom auf der Leitung ausgewählt werden. Bei Verwendung der TVS-Röhre als zweite Schutzstufe reichen in der Regel 500–600 W aus. Es ist zu beachten, dass die maximale Klemmspannung VC zu diesem Zeitpunkt nicht größer sein sollte als die maximale Stoßspannung (Sicherheitsspannung), der das geschützte Gerät standhalten kann.
10. Beim Schutz von Signalübertragungsschaltungen ist auf die Frequenz bzw. Übertragungsrate des übertragenen Signals zu achten. Bei einer Signalfrequenz (Übertragungsrate) ≥ 60 MHz (Mbit/s) sollte Cj ≤ 100 pF sein; bei einer Signalfrequenz (Übertragungsrate) ≥ 20 MHz (Mbit/s) sollte Cj ≤ 20 pF sein. Bei hoher Signalfrequenz oder Übertragungsrate sollten Serienröhren mit niedriger Kapazität gewählt werden. Wenn die Serienröhren mit niedriger Kapazität die Anforderungen immer noch nicht erfüllen, sollte die TVS-Röhre an eine Brücke aus Fast-Recovery-Dioden angeschlossen werden, um die äquivalente Gesamtkapazität zu reduzieren und die Übertragungssignalfrequenz zu erhöhen. Für die in der folgenden Abbildung dargestellte Schaltung kann die maximale Übertragungsfrequenz über XNUMX MHz liegen.
TVS1 schützt den gesamten Stromkreis einschließlich des Transformators.
TVS2 bietet ein hohes Maß an Schutz für den nachfolgenden Stromkreis (den gesamten Stromkreis außer dem Transformator). Aufgrund der physikalischen Natur des Transformators als großer Serienwiderstand besteht nur eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass der Stromkreis bei einer Überspannung unterbrochen wird.
TVS3 bietet umfassenden Schutz für die Last. Hier kommen kostengünstigere unipolare TVS-Dioden zum Einsatz. Wird nur TVS3 im Schaltkreis verwendet, sollte die Brücke, da sie nicht durch TVS geschützt ist, durch ein Gerät mit höherem Spannungs- und Stromverhältnis geschützt werden, um Schäden zu vermeiden.
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