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Qual é a função dos diodos TVS?
2022-11-18
989
O tubo TVS é um dispositivo de proteção de alta eficiência. Quando as duas extremidades são submetidas a um impacto instantâneo de alta energia, o tubo TVS pode converter instantaneamente suas características de alta resistência em características de baixa resistência, absorver grandes correntes e fixar a tensão em ambas as extremidades do tubo TVS. Em um determinado valor (o valor da tensão suportável do tubo TVS), o circuito traseiro é protegido do impacto de alta energia transitória e a segurança do circuito é protegida. Como mostrado abaixo. Simplificando, se o impacto de tensão que o circuito pode suportar não for superior a DC24V, solde um tubo TVS de 26V na fonte de alimentação. Quando a tensão da fonte de alimentação não excede 26 V, o tubo TVS está em estado de alta impedância; Após um pulso superior a 26V, o tubo TVS pode fixar rapidamente a tensão do circuito em 24V, garantindo assim a segurança da placa de circuito.
O papel dos diodos TVS
Em geral, as funções dos diodos TVS são:
(1) Adicionar diodos TVS às linhas de sinal e de energia pode evitar que microprocessadores ou microcomputadores de chip único apresentem mau funcionamento devido a surtos de energia instantâneos, como efeitos de descarga eletrostática, surtos de energia CA e ruído de fonte de alimentação de comutação.
(2) O efeito de descarga eletrostática pode liberar pulsos de mais de 10000 V e 60 A, com duração de 10 ms; enquanto dispositivos TTL comuns, ao receberem pulsos de 10 V com duração superior a 30 ms, podem ser danificados. O uso de diodos TVS pode absorver eficazmente pulsos que danificariam os dispositivos e eliminar a interferência (diafonia) causada pela comutação entre barramentos.
(3) Colocar o diodo TVS entre a linha de sinal e o solo pode evitar que os dados e o barramento de controle sejam afetados por ruído desnecessário.
Como funcionam os diodos TVS
O supressor de tensão transitória (TransientVoltageSuppressor) é conhecido como tubo TVS. As características elétricas do tubo TVS são determinadas pela área da junção PN, concentração de dopagem e resistência do wafer. Sua capacidade de suportar correntes de surto é proporcional à sua área da junção PN. O TVS é amplamente utilizado na proteção de semicondutores e dispositivos sensíveis, geralmente para a proteção de circuitos de alimentação secundária e de sinal, e antiestático. É caracterizado por resposta rápida (nível ps), tamanho pequeno, alta potência de pulso e baixa tensão de fixação. Sua potência de pulso de onda de 10/1000μs varia de 400W a 30KW, e a corrente de pico de pulso varia de 0.52A a 544A; a tensão de ruptura tem uma série de valores de 6.8V a 550V, o que é conveniente para uso em circuitos com várias tensões.
O dispositivo está conectado em paralelo no circuito. Quando o circuito está funcionando normalmente, ele está no estado de corte (estado de alta resistência), o que não afeta o funcionamento normal do circuito. Quando o circuito apresenta uma sobretensão anormal e atinge a tensão de ruptura, ele muda rapidamente de um estado de alta resistência para um estado de alta resistência. O estado de baixa impedância fornece um caminho de condução de baixa impedância para a corrente instantânea e, ao mesmo tempo, fixa a alta tensão anormal dentro de um nível seguro, protegendo assim o IC ou circuito protegido; quando a sobretensão anormal desaparece, ela retorna ao estado de alta impedância e o circuito funciona normalmente.
Características do diodo TVS
Curva característica do diodo TVS
Principais parâmetros característicos
①Tensão de estado reverso desligado (tensão de corte) VRWM e corrente de fuga reversa IR: A tensão de estado reverso desligado (tensão de corte) VRWM indica a tensão mais alta na qual o tubo TVS não conduz, e há apenas uma pequena corrente de fuga reversa sob esta tensão IR.
②Tensão de ruptura VBR: A tensão quando o tubo TVS passa na corrente de teste IT especificada, que é a tensão de sinal que indica que o tubo TVS está ligado (os números nos modelos das séries P4SMA, P6SMB, 1.5SMC, P4KE, P6KE e 1.5KE são o valor nominal da tensão, outras séries de números são o valor da tensão de estado desligado reverso).
A tensão de ruptura do tubo TVS tem uma margem de erro de ±5% (aquele sem "A" é de ±10%).
③Corrente de pico de pulso IPP: A corrente de pico máxima da onda de 10/1000 μs que o tubo TVS permite passar (a corrente de pico da onda de 8/20 μs é cerca de 5 vezes maior). Exceder esse valor de corrente pode causar danos permanentes. Na mesma série, quanto maior a tensão de ruptura do tubo, menor a corrente de pico permitida.
④Tensão máxima de fixação VC: A tensão apresentada em ambas as extremidades do tubo TVS quando o pico de corrente de pulso IPP flui.
⑤Potência de pico de pulso Pm: A potência de pico de pulso Pm refere-se ao produto da corrente de pico de pulso IPP da onda 10/1000μs e a tensão de fixação máxima VC, ou seja, Pm=IPP*VC.
Aplicações de diodos TVS
①Seleção da corrente de pico de pulso (IPP) e da tensão máxima de fixação (VC): Quando o tubo TVS é utilizado isoladamente, o modelo apropriado de IPP deve ser selecionado de acordo com a corrente máxima de surto que pode ocorrer na linha. Quando o tubo TVS é utilizado como segundo nível de proteção, geralmente 500W a 600W são suficientes. Deve-se observar que a tensão máxima de fixação (VC) neste momento não deve ser maior que a tensão máxima de surto (tensão de segurança) que o equipamento protegido pode suportar.
10. Ao usar para proteção de circuitos de transmissão de sinal, deve-se prestar atenção à frequência ou taxa de transmissão do sinal transmitido. Quando a frequência do sinal (taxa de transmissão) for ≥ 60MHz (Mb/s), Cj deve ser ≤ 100pF; quando a frequência do sinal (taxa de transmissão) for ≥ 20MHz (Mb/s), Cj deve ser ≤ 20pF. Quando a frequência do sinal ou taxa de transmissão for alta, válvulas série de baixa capacitância devem ser selecionadas. Quando a série de baixa capacitância ainda não atender aos requisitos, a válvula TVS deve ser conectada à ponte composta por diodos de recuperação rápida para reduzir a capacitância equivalente total e aumentar a frequência do sinal de transmissão. Para o circuito mostrado na figura abaixo, a frequência máxima de transmissão pode atingir mais de XNUMXMHz.
O TVS1 protege todo o circuito, incluindo o transformador.
O TVS2 oferece um alto grau de proteção para o circuito subsequente (todo o circuito, exceto o transformador). Devido à natureza física do transformador como uma grande resistência em série, há pouca chance de rompimento do circuito quando ele é atingido por um surto.
O TVS3 oferece proteção abrangente para a carga. Neste caso, são utilizados diodos TVS unipolares de menor custo. Se apenas o TVS3 for utilizado no circuito, como a ponte não é protegida por TVS, a ponte deve utilizar um dispositivo com uma relação tensão-corrente mais alta para evitar danos.
O papel dos diodos TVS
Em geral, as funções dos diodos TVS são:
(1) Adicionar diodos TVS às linhas de sinal e de energia pode evitar que microprocessadores ou microcomputadores de chip único apresentem mau funcionamento devido a surtos de energia instantâneos, como efeitos de descarga eletrostática, surtos de energia CA e ruído de fonte de alimentação de comutação.
(2) O efeito de descarga eletrostática pode liberar pulsos de mais de 10000 V e 60 A, com duração de 10 ms; enquanto dispositivos TTL comuns, ao receberem pulsos de 10 V com duração superior a 30 ms, podem ser danificados. O uso de diodos TVS pode absorver eficazmente pulsos que danificariam os dispositivos e eliminar a interferência (diafonia) causada pela comutação entre barramentos.
(3) Colocar o diodo TVS entre a linha de sinal e o solo pode evitar que os dados e o barramento de controle sejam afetados por ruído desnecessário.
Como funcionam os diodos TVS
O supressor de tensão transitória (TransientVoltageSuppressor) é conhecido como tubo TVS. As características elétricas do tubo TVS são determinadas pela área da junção PN, concentração de dopagem e resistência do wafer. Sua capacidade de suportar correntes de surto é proporcional à sua área da junção PN. O TVS é amplamente utilizado na proteção de semicondutores e dispositivos sensíveis, geralmente para a proteção de circuitos de alimentação secundária e de sinal, e antiestático. É caracterizado por resposta rápida (nível ps), tamanho pequeno, alta potência de pulso e baixa tensão de fixação. Sua potência de pulso de onda de 10/1000μs varia de 400W a 30KW, e a corrente de pico de pulso varia de 0.52A a 544A; a tensão de ruptura tem uma série de valores de 6.8V a 550V, o que é conveniente para uso em circuitos com várias tensões.
O dispositivo está conectado em paralelo no circuito. Quando o circuito está funcionando normalmente, ele está no estado de corte (estado de alta resistência), o que não afeta o funcionamento normal do circuito. Quando o circuito apresenta uma sobretensão anormal e atinge a tensão de ruptura, ele muda rapidamente de um estado de alta resistência para um estado de alta resistência. O estado de baixa impedância fornece um caminho de condução de baixa impedância para a corrente instantânea e, ao mesmo tempo, fixa a alta tensão anormal dentro de um nível seguro, protegendo assim o IC ou circuito protegido; quando a sobretensão anormal desaparece, ela retorna ao estado de alta impedância e o circuito funciona normalmente.
Características do diodo TVS
Curva característica do diodo TVS
Principais parâmetros característicos
①Tensão de estado reverso desligado (tensão de corte) VRWM e corrente de fuga reversa IR: A tensão de estado reverso desligado (tensão de corte) VRWM indica a tensão mais alta na qual o tubo TVS não conduz, e há apenas uma pequena corrente de fuga reversa sob esta tensão IR.
②Tensão de ruptura VBR: A tensão quando o tubo TVS passa na corrente de teste IT especificada, que é a tensão de sinal que indica que o tubo TVS está ligado (os números nos modelos das séries P4SMA, P6SMB, 1.5SMC, P4KE, P6KE e 1.5KE são o valor nominal da tensão, outras séries de números são o valor da tensão de estado desligado reverso).
A tensão de ruptura do tubo TVS tem uma margem de erro de ±5% (aquele sem "A" é de ±10%).
③Corrente de pico de pulso IPP: A corrente de pico máxima da onda de 10/1000 μs que o tubo TVS permite passar (a corrente de pico da onda de 8/20 μs é cerca de 5 vezes maior). Exceder esse valor de corrente pode causar danos permanentes. Na mesma série, quanto maior a tensão de ruptura do tubo, menor a corrente de pico permitida.
④Tensão máxima de fixação VC: A tensão apresentada em ambas as extremidades do tubo TVS quando o pico de corrente de pulso IPP flui.
⑤Potência de pico de pulso Pm: A potência de pico de pulso Pm refere-se ao produto da corrente de pico de pulso IPP da onda 10/1000μs e a tensão de fixação máxima VC, ou seja, Pm=IPP*VC.
Aplicações de diodos TVS
①Seleção da corrente de pico de pulso (IPP) e da tensão máxima de fixação (VC): Quando o tubo TVS é utilizado isoladamente, o modelo apropriado de IPP deve ser selecionado de acordo com a corrente máxima de surto que pode ocorrer na linha. Quando o tubo TVS é utilizado como segundo nível de proteção, geralmente 500W a 600W são suficientes. Deve-se observar que a tensão máxima de fixação (VC) neste momento não deve ser maior que a tensão máxima de surto (tensão de segurança) que o equipamento protegido pode suportar.
10. Ao usar para proteção de circuitos de transmissão de sinal, deve-se prestar atenção à frequência ou taxa de transmissão do sinal transmitido. Quando a frequência do sinal (taxa de transmissão) for ≥ 60MHz (Mb/s), Cj deve ser ≤ 100pF; quando a frequência do sinal (taxa de transmissão) for ≥ 20MHz (Mb/s), Cj deve ser ≤ 20pF. Quando a frequência do sinal ou taxa de transmissão for alta, válvulas série de baixa capacitância devem ser selecionadas. Quando a série de baixa capacitância ainda não atender aos requisitos, a válvula TVS deve ser conectada à ponte composta por diodos de recuperação rápida para reduzir a capacitância equivalente total e aumentar a frequência do sinal de transmissão. Para o circuito mostrado na figura abaixo, a frequência máxima de transmissão pode atingir mais de XNUMXMHz.
O TVS1 protege todo o circuito, incluindo o transformador.
O TVS2 oferece um alto grau de proteção para o circuito subsequente (todo o circuito, exceto o transformador). Devido à natureza física do transformador como uma grande resistência em série, há pouca chance de rompimento do circuito quando ele é atingido por um surto.
O TVS3 oferece proteção abrangente para a carga. Neste caso, são utilizados diodos TVS unipolares de menor custo. Se apenas o TVS3 for utilizado no circuito, como a ponte não é protegida por TVS, a ponte deve utilizar um dispositivo com uma relação tensão-corrente mais alta para evitar danos.
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