电子发烧友网报道(文/李宁远)随着电子电路向更高集成度发展,电路保护对更可靠和更节省空间的保护器件的需求一直在增加。在电路保护应用里,ESD和浪涌是两大需要重要防护的风险,TVS是非常流行的应对电路保护的选择,低成本和易用性让TVS在绝大多数保护里成为了第一选择。
稳定易用的TVS
TVS瞬态电压抑制管,也叫瞬态电压抑制二极管,是一种高效能保护元器件,其作用是在两极受到反向瞬态高能量时候能够吸收浪涌,对后级电路形成有效的保护。
通俗来说当瞬态电压过高时,TVS二极管便产生雪崩,让瞬间的大电流从低电阻通路被引开,避免电路因此受到损坏。
在稳压二极管的基础上发展起来的TVS的保护功能是利用了稳压特性和负阻特性,在交直流电路中都可以用来抑制瞬间过电压,在短时间内分流高电流浪涌。这里有单向和双向之分,单向TVS用于直流,对单一方向浪涌起到防护,双向TVS用于交流,正反方向的浪涌均能响应。
此外,这种浪涌一般和IEC标准中的ESD事件还不太一样,浪涌事件通常发生在电子系统切换瞬态时,具有更长的脉冲持续时间和更高的能量。
TVS有几个关键的参数,工作峰值反向电压VRWM是TVS二极管能够保持高电阻状态的最小反向电压值。一般VRWM会达到或高于系统工作电压的上限,以便TVS接入电路且不会造成不必要的漏电流。
想要实现较高的抗浪涌性能表现,TVS二极管的钳位系数VCL/VBR要足够低,同时响应速度必须快。为了防止高等级的浪涌故障,有时会选择RDYN更低的TVS二极管。不过这样也会导致其他方面出现弊端,如输入/输出(I/O)电容会变高,TVS整体的尺寸也会增大。
较大的封装一直是TVS被人所诟病的地方,现在也可以看到很多TVS供应商在封装和性能上做优化,如TI的平缓钳位技术。
不同应用中的TVS
在不同的应用中,TVS的发展呈现出不同的侧重点。在消费类市场,移动电子设备朝着尺寸小型化、功能多样化和高度集成化方向不断发展,内部电路板的集成度越来越高,折中设计趋势下系统愈发容易受到ESD/EFT和共模/差模浪涌冲击等浪涌电压的干扰。
通常这种应用里,系统对TVS功率密度要求不高,会对TVS的封装以及抗浪涌能力更加看重。更小的封装,更多的可承受冲击次数、更高的接触放电和空气放电等级都是移动设备对TVS提出的要求。
这些适用于移动应用的TVS二极管会通过调整和优化有源区面积,尽可能减少所需PCB占用面积。
而到了汽车和工业应用,虽然这些应用里的TVS也在尽可能将封装做得更小,但功率密度始终是这类TVS应用上最大的考量。
缩小封装的前提是保证足够的功率密度,在功率密度满足需求后,再根据其他因素来适当选择合适的封装。比如TVS能承受的最大脉冲电流,需要选择尺寸适当确保其能够承受所需的电流;TVS能承受的反向电压等级也是封装选择上的一个因素。同时功率较大的TVS需要封装的散热能力更强。
小结
为了契合现在小封装的发展趋势,TVS现在正通过新设计新技术来优化性能和尺寸上的取舍,TVS的升级对于电路系统设计有着莫大的帮助,系统的电压、尺寸和成本都会因此受益,当然这一切的前提是器件能提供稳定的防护。
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