Какова функция TVS-диодов?

Главная Новости Основы электроники Какова функция TVS-диодов?

2022-11-18 990

Трубка TVS представляет собой высокоэффективное защитное устройство. Когда два конца подвергаются мгновенному удару высокой энергии, трубка TVS может мгновенно преобразовать свои характеристики высокого сопротивления в характеристики низкого сопротивления, поглощать большие токи и фиксировать напряжение на обоих концах трубки TVS. При определенном значении (значении выдерживаемого напряжения трубки ТВС) задняя цепь защищена от воздействия переходных высоких энергий и безопасность цепи защищена. Как показано ниже. Проще говоря, если воздействие напряжения, которое выдерживает схема, не выше 24В постоянного тока, то приварите к блоку питания ТВС-трубку на 26В. Когда напряжение источника питания не превышает 26 В, лампа ТВС находится в высокоомном состоянии; После импульса выше 26 В лампа TVS может быстро зафиксировать напряжение цепи до 24 В, обеспечивая тем самым безопасность печатной платы.

Роль TVS-диодов
В целом TVS-диоды выполняют следующие функции:
(1) Добавление TVS-диодов к сигнальным и силовым линиям может предотвратить сбои в работе микропроцессоров или однокристальных микрокомпьютеров из-за мгновенных скачков напряжения, таких как эффекты электростатического разряда, скачки напряжения переменного тока и шумы импульсных источников питания.
(2) Электростатический разряд может генерировать импульсы напряжением более 10000 В и силой тока 60 А, длительность которых может составлять 10 мс; в то время как обычные ТТЛ-устройства, столкнувшись с импульсами напряжением 10 В длительностью более 30 мс, могут выйти из строя. Использование TVS-диодов позволяет эффективно поглощать импульсы, способные повредить устройства, и устранять помехи (перекрёстные помехи), возникающие при переключении между шинами.
(3) Установка TVS-диода между сигнальной линией и землей может предотвратить воздействие нежелательных помех на шину данных и управления.

Как работают TVS-диоды
Подавитель переходных напряжений (TransientVoltageSuppressor) называется TVS-трубкой. Электрические характеристики TVS-трубки определяются площадью p-n-перехода, концентрацией легирования и сопротивлением пластины. Его способность выдерживать импульсный ток пропорциональна площади p-n-перехода. TVS-трубка широко используется для защиты полупроводников и чувствительных устройств, обычно для защиты вторичных источников питания и сигнальных цепей, а также для защиты от статического электричества. Он характеризуется быстрым откликом (пикосекундным уровнем), малыми размерами, высокой импульсной мощностью и низким напряжением ограничения. Диапазон мощности импульса 10/1000 мкс составляет от 400 Вт до 30 кВт, а пиковый импульсный ток — от 0.52 А до 544 А; напряжение пробоя варьируется от 6.8 В до 550 В, что удобно для использования в цепях с различным напряжением.
Устройство включается в цепь параллельно. Когда схема работает нормально, она находится в состоянии отключения (состоянии высокого сопротивления), что не влияет на нормальную работу схемы. Когда в цепи наблюдается аномальное перенапряжение и она достигает напряжения пробоя, она быстро переходит из состояния с высоким сопротивлением в состояние с высоким сопротивлением. Состояние низкого импеданса обеспечивает путь проводимости с низким импедансом для мгновенного тока и в то же время ограничивает аномально высокое напряжение в пределах безопасного уровня, тем самым защищая защищаемую ИС или схему; когда аномальное перенапряжение исчезает, оно возвращается в состояние с высоким сопротивлением, и схема работает нормально.

Характеристики TVS-диода

Характеристическая кривая TVS-диода
Основные характеристические параметры
      ①Обратное напряжение закрытого состояния (напряжение отсечки) VRWM и обратный ток утечки IR: Обратное напряжение закрытого состояния (напряжение отсечки) VRWM указывает наибольшее напряжение, при котором TVS-трубка не проводит ток, и при этом напряжении IR наблюдается только небольшой обратный ток утечки.
      4. Напряжение пробоя VBR: Напряжение, при котором TVS-трубка проходит заданный испытательный ток IT, которое является напряжением знака, указывающим на то, что TVS-трубка включена (цифры в моделях серий P6SMA, P1.5SMB, 4SMC, P6KE, P1.5KE и XNUMXKE являются номинальными значениями напряжения пробоя, другие серии цифр являются значениями обратного напряжения в закрытом состоянии).
Напряжение пробоя TVS-трубки имеет погрешность ±5% (для трубки без «A» — ±10%).
       10. Пиковый ток импульса IPP: максимальный пиковый ток импульса 1000/8 мкс, который пропускает TVS-трубка (пиковый ток импульса 20/5 мкс примерно в XNUMX раз больше). Превышение этого значения может привести к необратимому повреждению. В той же серии, чем выше напряжение пробоя трубки, тем меньше пиковый ток, который она пропускает.
       4. Максимальное напряжение фиксации VC: Напряжение, присутствующее на обоих концах трубки TVS, когда протекает импульсный пиковый ток IPP.
       ⑤ Пиковая мощность Pm: Пиковая мощность Pm в импульсе представляет собой произведение пикового тока импульса IPP с волной 10/1000 мкс и максимального напряжения ограничения VC, то есть Pm=IPP*VC.

Применение TVS-диодов
      500. Выбор пикового импульсного тока IPP и максимального напряжения ограничения VC: При использовании только TVS-трубки следует выбирать подходящую модель IPP в соответствии с максимальным импульсным током, который может возникнуть в линии. При использовании TVS-трубки в качестве второго уровня защиты обычно достаточно мощности 600–XNUMX Вт. Следует отметить, что максимальное напряжение ограничения VC в этот момент не должно превышать максимальное импульсное напряжение (безопасное напряжение), которое может выдержать защищаемое оборудование.
       ② При использовании для защиты цепей передачи сигнала необходимо обращать внимание на частоту или скорость передачи передаваемого сигнала. Если частота сигнала (скорость передачи) ≥ 10 МГц (Мбит/с), Cj должна быть ≤ 60 пФ; если частота сигнала (скорость передачи) ≥ 100 МГц (Мбит/с), Cj должна быть ≤ 20 пФ. При высокой частоте сигнала или скорости передачи следует выбирать последовательные лампы с малой емкостью. Если последовательные лампы с малой емкостью по-прежнему не отвечают требованиям, TVS-лампу следует подключить к мосту, состоящему из быстровосстанавливающихся диодов, для уменьшения общей эквивалентной емкости и увеличения частоты передаваемого сигнала. Для схемы, показанной на рисунке ниже, максимальная частота передачи может превышать 20 МГц.

TVS1 защищает всю цепь, включая трансформатор.
TVS2 обеспечивает высокую степень защиты последующей цепи (всей цепи, за исключением трансформатора). Поскольку трансформатор представляет собой большое последовательное сопротивление, вероятность повреждения цепи при воздействии импульса напряжения крайне мала.
TVS3 обеспечивает комплексную защиту нагрузки. В данном случае используются недорогие униполярные TVS-диоды. Если в схеме используется только TVS3, то, поскольку мост не защищен TVS-диодом, для предотвращения повреждения моста следует использовать устройство с более высоким отношением напряжения к току.

Сун Шицян дал интервью радиостанции RTHK, в котором рассказал о перспективах зарубежной экспансии китайских технологических брендов на фоне возможностей, предоставляемых саммитом АТЭС в Шэньчжэне.