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常见问题

TVS瞬态抑制二极管的应用实例!

时间:2021-09-26 10:05:49 来源:www.anenchina.com 点击:

  TVS在美国应用十分广泛,特别是在军事电子装备中非常重视,美国军标不但出牌了不少TVS器件的标准,同时在线路应用方面也有军标,如MIL-HDBK-978B《宇航用电子元器件手册》中第4.8节为“双极型瞬变电压抑制器”,文中列出不少TVS的应用实例。MIL-HDBK-338B《电子设备可靠性手册》中第7.4.4节为“瞬态和过应力保护”,文中也谈到了TVS的应用。
 
  TVS在国内的应用,正处于推广应用的阶段,为了加深电路设计人员对TVS的认识,提高国产整机的可靠性,现将上述两个美国军标中译出的部分资料整理成文,推荐给广大电路设计人员参考使用。
 
  一、TVS在微机中的应用实例;
 
  一个典型的微机系统,通过电源线、输入线、输出线进入的各种干扰或瞬变电压,可能使微机误动作出故障,特别是来自开关电源,微机近旁的电动机的开与关、交流电源电压的浪涌和瞬变、静电放电等场合都可能使系统产生误动作,严重时还可能损坏器件。将瞬变电压抑制二极管接到微机的电源线输入和输出线上,可防止瞬变电压进入“微机”总线,加强微机对外界干扰的抵抗能力,保证微机正常工作,提高其应用可靠性。,使用TVS管的量是很多的。
 
  二、TVS管保护开关电源实例;
 
  对开关电源设计师来讲,必须对影响开头电源的三种瞬变类型进行保护:
 
  1、由负载变化引起的瞬变电压(电感负载);
 
  2、由电源线引入的瞬变电压;
 
  3、由开关电源内部发生的瞬变电压。
 
  由于电源中需要保护的典型元器件有:
 
  1、高反压开关晶体管(VMOS管)
 
  2、高压整流器(高压流整流二极管)
 
  3、输出整流器(输出大电流整流二极管)
 
  4、内部控制电路(脉宽调制器等)
 
  典型开关电源中应用TVS的实例,共有八个TVS管,各自保护自已的对象,当然八个TVS管的特性也不同,从“击穿电压”、“最大脉冲峰值功率”、“脉冲峰值电流”到“箝位电压”等都有区别。美国HP公司某仪器使用的开关电源,该电源中所有瞬变电压抑制二极管的数量及情况。国外应用TVS是非常普遍的,而且数量也是很多的,可见TVS对提高整机应用可靠性是至关重要的。
 
  三、TVS保护直流稳压电源实例;
 
  一个直流稳压电源,并有扩大电流输出的晶体管,在其稳压输出端加上瞬变电压抑制二极管,可以保护使用该电源的仪器设备,同时还可以吸收电路中晶体管的集电极到发射极间的峰值电压,保护晶体管。建设在每个稳压源输出端增加一个TVS管,可大幅度提高整机应用可靠性。
 
  四、TVS保护晶体管实例;
 
  各种瞬变电压能使晶体管EB结或CE结击穿而损坏,特别是晶体管集电极有电感性(线圈、变压器、电动机)负载时,会产生高压反电势,往往使晶体管损坏。建设采用TVS管作为保护器。
 
  五、TVS保护集成电路实例;
 
  由于集成电路集成度越来越高,其耐压越来越低,容易受到瞬变电压的冲击而损坏,必须采取保护措施。例如CMOS电路在其输入端及输出端都有保护网路,为了更可靠起见,在各整机对外接口处还增加各种保护网络。
 
  六、TVS保护可控硅实例;
 
  可控硅可能误触发导致误动作,可控硅控制极电流不能太大,电压不能过高,必须采用各种保护措施。
 
  七、TVS保护继电器实例;
 
  继电器有驱动线圈,当用大功率晶体管驱动时,应采取保护措施,抑制线圈中的高压反电势保护晶体管,哪个方案更好应根据实际情况决定。二极管允许的电源应比晶体管的工作电流大一倍左右,例如继电器线圈的最大电流IA,则二极管额定电流选2-3A左右,耐压则应大于电源电压的2倍左右,例如电源电压27V,则二极管耐压应为60V以上。
 
  继电器的触点往往用大电流去开关电动机等大电流电感负载,而电感在开关时有很高的反电势,而且有较大的能量,往往把触点烧坏或击穿产生电弧等,必须对触点采取保护,抑制电弧的产生,以保护继电器。但是这种电弧产生的浪涌电流很大,过去采用电容或者用电容串联电阻、二极管、二极管串联电阻等抑制方案,现在采用瞬变电压抑制二极管方案效果更好。
 
  八、TVS保护集成运放;
 
  集成运放对外界电应力非常敏感,在使用运放的过程中,如果因操作失误或采取了不正常的工作条件,出现了过大的电压或电流,特别是浪涌和静电脉冲,就很容易使运放受损或换效。在运放差模输入端采取的过压损伤保护方法。积分电路中,如果电容充放电到高电位,然后切断电源电压,就会在输入端产生瞬态电压,交出现大的放电电流,导致运放受损。如果电容值较大(如大于0.1μF),这种效应将会十分显著。采用简单的保护电路,就能有效地防止差模电压过大,导致运放内部的电路失效。
 
  九、TVS抑制电磁脉冲干扰实例;
 
  美国哈里期公司对电子元器件抗辐射的论文中,谈及核爆炸引发强大的电磁脉冲,这种电脉冲在导线中引起感应电压,如果感应电压超过器件的击穿电压,就可能使元器件击穿失效,特别长线传输时,更能感应而产生较高的电压。用瞬变电压抑制二极管并联在信号线及电源线上,可以吸收电磁脉冲引起的感应电压,保证系统的可靠性,避免辐射损坏元器件。
 
  十、用TVS防止感应雷电损坏微机系统实例;
 
  我国南方打雷很多,雷电感应电压常常把计算机网中的部分计算机的集成电路击穿。每年有不少联网计算机因雷击而损坏,原因是分机与主机这间有200米以上的电缆,电缆中因雷电感应产生瞬态高压把计算机中的元器件击穿而损坏,产生较大的损失,在微机中加装很多瞬变电压抑制二级管后不再损坏。实践说明瞬变电压抑制二极管很实用,能提高整机应用可靠性,会产生较大的经济效益。
 
  还有很多应用,例如对VMOS大功率三极管,在栅极与源机之间中上瞬变电压抑制二极管,可以防止栅极击穿,提高VMOS功率管的应用可靠性。
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