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TVS的特性与工作原理

TVS是普遍使用的一种新型高效电路保护器件,它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时,TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗,以吸收一个瞬间大电流,从而把它的两端电压箝制在一个预定的数值上,从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。正因为如此,TVS可用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压,以及感应雷所产生的过电压。图1所示为TVS的符号及伏安特性曲线。

TVS管和稳压管一样,也是反向应用的。其中VR称为最大转折电压,是反向击穿之前的临界电压。VB是击穿电压,其对应的反向电流IT一般取值为1mA。VC是最大箝位电压,当TVS管中流过的峰值电流为IPP的大电流时,管子两端电压就不再上升了。因此TVS管能够始终把被保护的器件或设备的端口电压限制在VB~VC的有效区内。与稳压管不同的是,IPP的数值可达数百安培,而箝位响应时间仅为1×10-12s。TVS的最大允许脉冲功率为PM=VCIPP,且在给定最大钳位电压下,功耗PM越大,其浪涌电流的承受能力越大。

图2是在双踪示波器上观察到的TVS管在承受大电流冲击时的电流及电压波形。图中,曲线1是TVS管中的电流波形,可以看出:其流过TVS管的电流由1mA突然上升到峰值后,然后按指数规律下降。曲线2是TVS管两端的电压波形,它表示TVS中的电流突然上升时,TVS两端电压也随之上升。在浪涌电压的作用下,TVS两极间的电压由额定反向关断电压VRWM上升到击穿电压VB而被击穿。随着击穿电流的出现,流过TVS的电流将达到峰值脉冲电流IPP,同时其两端的电压被箝位到预定的最大箝位电压VC以下。其后,随着脉冲电流按指数衰减,该过程中,TVS两极间的电压也不断下降,最后恢复到初态,这就是TVS抑制可能出现的浪涌脉冲功率,保护电子元器件的过程。事实上,当TVS两极受到反向高能量冲击时,它能以10-12s级的速度,将其两极间的阻抗由高变低,以吸收高达数千瓦的浪涌功率,使两极间的电位箝位于预定值,从而有效地保护电子设备中的元器件免受ESD的损害。


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