TVS器件并联在电路中,当电路正常工作时,他处于截止状态(高阻态),不影响线路正常工作,当线路处于异常过压并达到其击穿电压时,他迅速由高阻态变为低阻态,给瞬间电流提供一个低阻抗导通路径 ,同时将异常高压箝制在一个安全水平之内,从而保护被保护的IC或线路;当异常过压消失,其恢复至高阻态,电路正常工作。
TVS二极管有单向和双向之分,单向二极管用在直流供电电路 ,双向TVS二极管用在交变电压电路中。
假设你有一个3.3V的电路,最大工作电压为3.6V,可能会遇到的浪涌电压为12V,电路对浪涌电流的承受能力为100A。你可以选择最大工作电压为5V,钳位电压在8V左右,能量吸收能力至少为100W,浪涌电流能力至少为100A的TVS二极管。
TVS关键参数:
1. 反向截止电压 (Working Voltage)
TVS二极管的反向截止电压就是最大工作的电压。最大工作电压应该大于电路的正常工作电压,以避免在正常工作时发生误动作。通常建议TVS二极管的工作电压为系统工作电压的1.2到1.5倍。
2. 钳位电压 (Clamping Voltage)
钳位电压是当浪涌电压到达时,TVS二极管所能提供的最大电压。它应该尽量低,以确保能够在浪涌电压发生时及时抑制过高电压。一般来说,钳位电压越低,保护效果越好,但如果选择的钳位电压过低,可能会影响电路的正常运行。因此,钳位电压应略高于电路的最大工作电压。
3. 反向泄漏电流 (Reverse Leakage Current)
反向泄漏电流是当TVS二极管处于正常工作电压下时,流过二极管的微小电流。选择时应确保反向泄漏电流尽可能小,以避免对电路造成不必要的负担。
4. 能量吸收能力 (Energy Absorption)
能量吸收能力决定了TVS二极管能够承受的瞬态浪涌的能量大小。浪涌电压的持续时间较短,因此TVS二极管需要能够吸收较大能量以避免被击穿。选择时,需要考虑可能出现的浪涌能量,并确保TVS二极管的能量吸收能力足够大。
5. 反向击穿电压 (Breakdown Voltage)
反向击穿电压是TVS二极管开始工作并限制浪涌电压的电压。这个电压应略高于电路的最大工作电压,以确保正常工作时不会产生过多的电流。反向击穿电压是比钳位电压低的。
6. 浪涌电流能力 (Surge Current Rating)
浪涌电流能力是指TVS二极管能够承受的浪涌电流的峰值值。选型时要确保浪涌电流峰值不会超过TVS二极管的额定值。
7. 封装形式 (Package Type)
TVS二极管有不同的封装形式,包括SMD(表面贴装)和Through-hole(插脚型),选择时应根据电路板的设计和空间需求来选定合适的封装。
8. 响应时间 (Response Time)
响应时间是指TVS二极管从接收到过电压信号到开始抑制电压的时间。一般来说,TVS二极管的响应时间应在纳秒级,以保证对瞬态电压的快速响应。
9. 电路类型
单端保护 :常用于单端信号线的保护,通常使用单向TVS二极管。差分信号保护:常用于差分信号线(如USB、HDMI等)的保护,通常使用双向TVS二极管。
TVS二极管的结电容(Capacitance) 是一个重要的参数,它表示在TVS二极管正常工作(即未触发)时,二极管内部结的电容值。结电容的大小会影响到信号的传输质量,特别是在高频或高速应用中,可能会对信号的完整性产生不利影响。因此,在选择TVS二极管时,结电容是需要特别关注的参数,特别是在涉及数据通信、射频、视频信号等应用中。
TVS二极管的结电容通常在 1pF 到 30pF 之间,根据不同的应用需求选择合适的值。对于高速应用,通常会选择结电容低于10pF的TVS二极管,而对于一些低速的电源保护电路,结电容可以适当较大。
低结电容的特性:一些TVS二极管设计用于高速数据线保护,它们具有较低的结电容,通常会标明其结电容值(例如:1pF、3pF、5pF等)。
常见应用:例如,USB、HDMI、以太网、射频(RF)信号等高速传输接口,需要选择低结电容的TVS二极管(如SMD类型的低电容TVS二极管)