1、TVS瞬态抑制二极管的分类
根据方向来分,有单向和双向之分;
根据外形来看,有直插和贴片之分;
根据工作电压来分,有高压和低压之分;
根据功率大小来分,有小功率和大功率之分;
根据结电容来分,有低电容和高电容之分;
根据用途来分,有常规型TVS和汽车级TVS;
2、单向TVS和双向TVS的区别
1)极间电容不同:单向TVS的极间电容Cj要比双向TVS的大;
2)单向TVS管的特性与稳压二极管相似,而双向TVS管的特性相当于两个稳压二极管反向串联;
3)电流曲线不同:单向TVS电路符号与稳压二极管相同,其正向特性与普通二极管相同,反向特性为典型的PN结雪崩器件;双向TVS正反向都是典型的PN结雪崩器件。
4)应用不同:单向TVS一般用在直流电路中,双向TVS用在交流保护中。
5)万用表:单向TVS一边通,双向TVS两边都有电压;
测量二极管的档位,单向一边通,双向2边都有电压;
测直流,双向对称,单向只有反向是雪崩击穿特性,一般1mA下测。
5)传导方向:单向TVS只允许电流在一个方向上通过,而双向TVS可以在两个方向上传导电流。
6)适用场景:单向TVS主要用于保护电源线路和家用电器等,而双向TVS适用于电源线路、信号线路以及各种电子设备和系统。
7)材料制造:单向TVS通常由硅或碳化硅制成,而双向TVS主要由氧化锌或金属氧化物半导体制成。
8)在USB数据线上,都是用双向TVS二极管;
备注:看型号可以识别单向和双向。型号尾缀后面A是单向,CA是双向,如:SM8S30A是单向TVS,SM8S30CA是双向TVS;
3、TVS二极管原理图符号
bi-directional 双向TVS 原理图符号
uni-direction单向TVS 原理图符号
4、TVS二极管的工作原理
TVS二极管(单向)反接并入电路中,当电路正常工作时,TVS二极管处于OFF状态,只消耗一定的漏电流。当电路出现异常过电压并达到TVS(雪崩)击穿电压时,TVS迅速由高电阻状态突变为低电阻状态,泄放由异常过电压导致的瞬时过电流到地,同时把异常过电压钳制在较低的水平,从而保护后级电路免遭异常过电压的损坏。
TVS二极管的工作原理
5、TVS二极管单向与双向的电流曲线
单向TVS管的特性与稳压二极管相似,双向TVS管的特性相当于两个稳压二极管反向串联;
电流曲线不同。单方向的TVS管的电路符号与普通的稳压管相同,其正向特性与普通二极管相同,反向特性为典型的PN结雪崩器件。双向二极管正反向都是典型的PN结雪崩器件。
单向TVS (Unidirectional TVS)
对应的V-I曲线为:
对于单向TVS,当有负半周的电压时,相当于二极管正常导通钳位电压大概在0.7V。当然负半周电压超过耐压值会将TVS烧毁。
双向TVS (Bidirectional TVS)
对应的V-I曲线为:
4、TVS二极管和稳压管的区别
ZD是齐纳二极管(Zener Diode)的缩写,也被称为稳压二极管。
齐纳二极管是一种特殊的二极管,其主要特点是反向使用时,当电压达到一定值时,电流会急剧增加,但电压则保持恒定,这使得它能够在电路中作为稳压器或电压基准元件使用。
TVS二极管用来保护后段的IC免受由静电和电源波动引起的意外过电压和浪涌的影响。 整流二极管和肖特基势垒二极管利用的是二极管的正向特性,而TVS二极管与齐纳二极管(ZD)一样,利用的是二极管的反向特性。
如下图所示将TVS二极管与IC并联,当电路正常工作时,TVS二极管处于OFF状态,只消耗一定的漏电流。 当被施加了浪涌等过电压时,TVS二极管会变为ON状态,并且TVS侧会消耗脉冲电流,从而钳制过电压并保护后段的IC。
TVS和ZD(稳压管)在利用二极管的反向特性方面是相同的,但是由于ZD(稳压管)主要用于恒压应用,因此对电压稳定的低电流范围(5mA~40mA)规定了“齐纳电压(VZ)”。 此外,ZD(稳压管)基本上在ON状态下使用。
而TVS为了不影响IC的驱动电压,在电路正常工作期间处于OFF状态,当被施加了浪涌等突发过电压时,击穿电压值变得越发重要。 因此,规定了绝对不会导致击穿的两个电压——“截止电压(VRWM)”和“击穿电压(VBR)”。 此外,由于其主要用途是过电压保护,因此,作为保护特性,对几A~几十A范围内的大电流范围特性也有规定。
5、TVS二极管命名规则
TVS管的型号由三部分组成:系列名+电压值+单/双向符号
如SMBJ200CA:
1、MAJ、SMBJ、SMCJ、SMDJ表示贴片封装:分别代表的峰值脉冲功率为400W、600W、1500W和3000W。
2、系列名后的数字代表击穿电压标称值或反向断态电压值。
3、A表示单向,CA表示双向。
管子标有黑线的一段为管子的正极,这与钽电容是相同的,与其他具有极性的器件标号正好相反,一定要注意,钽电容正负极上电出错可是会爆炸的!
其它系列名表示同轴引线封装
P4KE=400W、P6KE=600W、1.5KE=1500W,SA=500W、3KP=3000W
如P6KE200A这个后边数字200表示的是击穿电压(VBR)
6、重要参数
(1)Vrwm反向工作峰值电压:
TVS的最高工作电压,可连续施加而不引起TVS劣化或损坏的最高工作峰值电压或直流峰值电压。对于交流电压,用最高工作电压有效值表示,在VRWM下,TVS认为是不工作的,即是不导通的。换一句话,电路的最高工作电压必须小于Vrwm,否则将会导致TVS动作导致电路异常。
(2) IR漏电流:
漏电流,也称待机电流。在规定温度和最高工作电压条件下,流过TVS的最大电流。TVS的漏电流一般是在截止电压下测量,对于某一型号TVS,IR应在规定值范围内。对TVS两端施加电压值为VRWM,从电流表中读出的电流值即为TVS的漏电流IR。对于同功率和同电压的TVS,在VRWM≤10V时,双向TVS漏电流是单向TVS漏电流的2倍。对于一些模拟端口,漏电流会影响AD的采样值,所以TVS的漏电流越小越好。
(3) VBR击穿电压
击穿电压,指在V-I特性曲线上,在规定的脉冲直流电流IT或接近发生雪崩的电流条件下测得TVS两端的电压。测试的电流It一般选取10mA左右,施加的电流的时间不应超过400ms,以免损坏器件,VBRMIN和VBRMAX是TVS击穿电压的一个偏差,一般TVS为±5%的偏差。测量时,VBR落在VBRMIN.和VBRMAX.之间视为合格品。
(4) IPP峰值脉冲电流,VC钳位电压
峰值脉冲电流,给定脉冲电流波形的峰值。TVS一般选用10/1000μs电流波形。钳位电压,施加规定波形的峰值脉冲电流IPP时,TVS两端测得的峰值电压。IPP及VC是衡量TVS在电路保护中抵抗浪涌脉冲电流及限制电压能力的参数,这两个参数是相互联系的。对于TVS在防雷保护电路中的钳位特性,可以参考VC这个参数。对于相同型号TVS,在相同IPP下的VC越小,说明TVS的钳位特性越好。TVS的耐脉冲电流冲击能力可以参考IPP,同型号的TVS,IPP越大,耐脉冲电流冲击能力越强。
(5) 结电容CI,漏电流Ir
结电容是TVS中的寄生电容,在高速IO端口保护需要重点关注,过大的结电容可能会影响信号的质量。漏电流主要带来了功率的损耗,或者是在模拟信号中,会影响AD信号的采样值。