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TVS的特性與工作原理

TVS是普遍使用的一種新型高效電路保護器件,它具有極快的響應時間(亞納秒級)和相當高的浪涌吸收能力。當它的兩端經受瞬間的高能量沖擊時,TVS能以極高的速度把兩端間的阻抗值由高阻抗變為低阻抗,以吸收一個瞬間大電流,從而把它的兩端電壓箝制在一個預定的數值上,從而保護后面的電路元件不受瞬態高壓尖峰脈沖的沖擊。正因為如此,TVS可用于保護設備或電路免受靜電、電感性負載切換時產生的瞬變電壓,以及感應雷所產生的過電壓。圖1所示為TVS的符號及伏安特性曲線。

TVS管和穩壓管一樣,也是反向應用的。其中VR稱為最大轉折電壓,是反向擊穿之前的臨界電壓。VB是擊穿電壓,其對應的反向電流IT一般取值為1mA。VC是最大箝位電壓,當TVS管中流過的峰值電流為IPP的大電流時,管子兩端電壓就不再上升了。因此TVS管能夠始終把被保護的器件或設備的端口電壓限制在VB~VC的有效區內。與穩壓管不同的是,IPP的數值可達數百安培,而箝位響應時間僅為1×10-12s。TVS的最大允許脈沖功率為PM=VCIPP,且在給定最大鉗位電壓下,功耗PM越大,其浪涌電流的承受能力越大。

圖2是在雙蹤示波器上觀察到的TVS管在承受大電流沖擊時的電流及電壓波形。圖中,曲線1是TVS管中的電流波形,可以看出:其流過TVS管的電流由1mA突然上升到峰值后,然后按指數規律下降。曲線2是TVS管兩端的電壓波形,它表示TVS中的電流突然上升時,TVS兩端電壓也隨之上升。在浪涌電壓的作用下,TVS兩極間的電壓由額定反向關斷電壓VRWM上升到擊穿電壓VB而被擊穿。隨著擊穿電流的出現,流過TVS的電流將達到峰值脈沖電流IPP,同時其兩端的電壓被箝位到預定的最大箝位電壓VC以下。其后,隨著脈沖電流按指數衰減,該過程中,TVS兩極間的電壓也不斷下降,最后恢復到初態,這就是TVS抑制可能出現的浪涌脈沖功率,保護電子元器件的過程。事實上,當TVS兩極受到反向高能量沖擊時,它能以10-12s級的速度,將其兩極間的阻抗由高變低,以吸收高達數千瓦的浪涌功率,使兩極間的電位箝位于預定值,從而有效地保護電子設備中的元器件免受ESD的損害。


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