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TVS二極體的作用是什麼？
2022-11-18
990
TVS管是一種高效率的保護裝置。當兩端受到瞬時高能量衝擊時，TVS管能瞬間將其高電阻特性轉變為低電阻特性，吸收大電流，箝位TVS管兩端電壓。在一定值（TVS管的耐壓值）下，保護後級電路免受瞬態高能量的衝擊，保護電路的安全。如下圖所示。簡單來說，如果電路能承受的電壓衝擊不高於DC24V，那麼就在電源處焊接一個26V的TVS管。當電源電壓不超過26V時，TVS管處於高電阻狀態；當高於26V的脈衝後，TVS管能快速將電路電壓箝位至24V，從而確保電路板的安全。
TVS二極體的作用
一般來說，TVS二極體的作用有：
（1）在訊號線及電源線上加裝TVS二極體，可防止微處理器或單晶片因瞬間巨浪湧，如靜電放電效應、交流電源突波、開關電源雜訊等造成故障。
（2）靜電放電效應可釋放10000V、60A以上的脈衝，且持續時間可達10ms；而一般的TTL元件，遇到10ms以上的30V脈衝就會導致損壞。使用TVS二極體可以有效吸收損壞裝置的脈衝，並消除匯流排之間切換所帶來的干擾（Crosstalk）。
（3）將TVS二極體放置在訊號線和接地之間，可以防止資料和控制匯流排受到不必要的雜訊的影響。
TVS二極體的工作原理
瞬態電壓抑制器（TransientVoltageSuppressor）簡稱TVS管。 TVS管的電氣特性由PN結面積、摻雜濃度和晶片電阻決定，其承受突波電流的能力與其PN結面積成正比。 TVS廣泛應用於半導體及敏感元件的保護，通常用於二次電源及訊號電路的保護，以及防靜電等。其特點是響應速度快（ps級）、體積小、脈衝功率高、箝位電壓低。其10/1000μs波脈衝功率範圍從400W～30KW，脈衝峰值電流範圍從0.52A～544A；擊穿電壓有6.8V～550V等系列值，方便在各種電壓的電路中使用。
該裝置並聯在電路中。電路正常工作時，處於截止狀態（高電阻狀態），不影響電路的正常工作。當電路出現異常過電壓並達到其擊穿電壓時，迅速由高電阻狀態轉變為高電阻狀態。低阻抗狀態為瞬時電流提供低阻抗傳導路徑，同時將異常高電壓箝位在安全等級內，從而保護被保護的IC或電路；當異常過電壓消失後，又恢復到高電阻狀態，電路正常運作。
TVS二極體特性
TVS二極體特性曲線
主要特性參數
①反向關態電壓（截止電壓）VRWM與反向漏電流IR：反向關態電壓（截止電壓）VRWM表示TVS管不導通的最高電壓，在此電壓IR下只有很小的反向漏電流。
②擊穿電壓VBR：TVS管通過規定測試電流IT時的電壓，是表示TVS管導通的標誌電壓（P4SMA、P6SMB、1.5SMC、P4KE、P6KE、1.5KE系列型號中的數字為擊穿電壓的標稱值，其他系列的數字均為反向關態電壓值）。
TVS管擊穿電壓的誤差範圍為±5%（不含「A」的為±10%）。
③脈衝峰值電流IPP：TVS管允許通過的10/1000μs波的最大峰值電流（8/20μs波的峰值電流約為其5倍），超過此電流值可能造成永久性損壞。同一系列中，管子的擊穿電壓越高，允許通過的峰值電流越小。
④最大箝位電壓VC：脈衝峰值電流IPP流經TVS管兩端所呈現的電壓。
⑤脈衝峰值功率Pm：脈衝峰值功率Pm是指10/1000μs波的脈衝峰值電流IPP與最大箝位電壓VC的乘積，即Pm=IPP*VC。
TVS二極體應用
①脈衝峰值電流IPP和最大箝位電壓VC的選擇：單獨使用TVS管時，應根據線路上可能出現的最大突波電流選擇合適型號的IPP。當TVS管作為第二級防護時，一般取500W～600W即可。需要注意的是，此時的最大箝位電壓VC不應大於被保護設備所能承受的最大突波電壓（安全電壓）。
②用於訊號傳輸電路保護時，必須注意傳輸訊號的頻率或傳輸速率。當訊號頻率（傳輸速率）≥10MHz（Mb/s）時，Cj應≤60pF；當訊號頻率（傳輸速率）≥100MHz（Mb/s）時，Cj應≤20pF。當訊號頻率或傳輸速率較高時，應選用低電容系列管。當低電容系列仍無法滿足要求時，應將TVS管併入由快恢復二極體組成的橋路中，以減少總等效電容，提高傳輸訊號頻率。對於下圖所示的電路，最高傳輸頻率可達20MHz以上。
TVS1保護包括變壓器在內的整個電路。
TVS2 為後續電路（除變壓器以外的整個電路）提供高度保護。由於變壓器本身的物理特性，即一個大的串聯電阻，當其受到突波衝擊時，幾乎不可能斷開電路。
TVS3 為負載提供全面保護。此處採用成本較低的單極 TVS 二極體。如果電路中僅使用 TVS3，由於橋路本身沒有 TVS 保護，因此應使用電壓電流比更高的裝置，以防止橋路損壞。
TVS二極體的作用
一般來說，TVS二極體的作用有：
（1）在訊號線及電源線上加裝TVS二極體，可防止微處理器或單晶片因瞬間巨浪湧，如靜電放電效應、交流電源突波、開關電源雜訊等造成故障。
（2）靜電放電效應可釋放10000V、60A以上的脈衝，且持續時間可達10ms；而一般的TTL元件，遇到10ms以上的30V脈衝就會導致損壞。使用TVS二極體可以有效吸收損壞裝置的脈衝，並消除匯流排之間切換所帶來的干擾（Crosstalk）。
（3）將TVS二極體放置在訊號線和接地之間，可以防止資料和控制匯流排受到不必要的雜訊的影響。
TVS二極體的工作原理
瞬態電壓抑制器（TransientVoltageSuppressor）簡稱TVS管。 TVS管的電氣特性由PN結面積、摻雜濃度和晶片電阻決定，其承受突波電流的能力與其PN結面積成正比。 TVS廣泛應用於半導體及敏感元件的保護，通常用於二次電源及訊號電路的保護，以及防靜電等。其特點是響應速度快（ps級）、體積小、脈衝功率高、箝位電壓低。其10/1000μs波脈衝功率範圍從400W～30KW，脈衝峰值電流範圍從0.52A～544A；擊穿電壓有6.8V～550V等系列值，方便在各種電壓的電路中使用。
該裝置並聯在電路中。電路正常工作時，處於截止狀態（高電阻狀態），不影響電路的正常工作。當電路出現異常過電壓並達到其擊穿電壓時，迅速由高電阻狀態轉變為高電阻狀態。低阻抗狀態為瞬時電流提供低阻抗傳導路徑，同時將異常高電壓箝位在安全等級內，從而保護被保護的IC或電路；當異常過電壓消失後，又恢復到高電阻狀態，電路正常運作。
TVS二極體特性
TVS二極體特性曲線
主要特性參數
①反向關態電壓（截止電壓）VRWM與反向漏電流IR：反向關態電壓（截止電壓）VRWM表示TVS管不導通的最高電壓，在此電壓IR下只有很小的反向漏電流。
②擊穿電壓VBR：TVS管通過規定測試電流IT時的電壓，是表示TVS管導通的標誌電壓（P4SMA、P6SMB、1.5SMC、P4KE、P6KE、1.5KE系列型號中的數字為擊穿電壓的標稱值，其他系列的數字均為反向關態電壓值）。
TVS管擊穿電壓的誤差範圍為±5%（不含「A」的為±10%）。
③脈衝峰值電流IPP：TVS管允許通過的10/1000μs波的最大峰值電流（8/20μs波的峰值電流約為其5倍），超過此電流值可能造成永久性損壞。同一系列中，管子的擊穿電壓越高，允許通過的峰值電流越小。
④最大箝位電壓VC：脈衝峰值電流IPP流經TVS管兩端所呈現的電壓。
⑤脈衝峰值功率Pm：脈衝峰值功率Pm是指10/1000μs波的脈衝峰值電流IPP與最大箝位電壓VC的乘積，即Pm=IPP*VC。
TVS二極體應用
①脈衝峰值電流IPP和最大箝位電壓VC的選擇：單獨使用TVS管時，應根據線路上可能出現的最大突波電流選擇合適型號的IPP。當TVS管作為第二級防護時，一般取500W～600W即可。需要注意的是，此時的最大箝位電壓VC不應大於被保護設備所能承受的最大突波電壓（安全電壓）。
②用於訊號傳輸電路保護時，必須注意傳輸訊號的頻率或傳輸速率。當訊號頻率（傳輸速率）≥10MHz（Mb/s）時，Cj應≤60pF；當訊號頻率（傳輸速率）≥100MHz（Mb/s）時，Cj應≤20pF。當訊號頻率或傳輸速率較高時，應選用低電容系列管。當低電容系列仍無法滿足要求時，應將TVS管併入由快恢復二極體組成的橋路中，以減少總等效電容，提高傳輸訊號頻率。對於下圖所示的電路，最高傳輸頻率可達20MHz以上。
TVS1保護包括變壓器在內的整個電路。
TVS2 為後續電路（除變壓器以外的整個電路）提供高度保護。由於變壓器本身的物理特性，即一個大的串聯電阻，當其受到突波衝擊時，幾乎不可能斷開電路。
TVS3 為負載提供全面保護。此處採用成本較低的單極 TVS 二極體。如果電路中僅使用 TVS3，由於橋路本身沒有 TVS 保護，因此應使用電壓電流比更高的裝置，以防止橋路損壞。
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