TVS关键参数-箝位电压

TVS的基本特性

TVS是一种普遍用于电路免受瞬态高压尖峰脉冲的电子元件,它具有极快的反应速度与极高的浪涌吸收能力。TVS的符号与齐纳二极管相同,并且也是反向应用的。当电子系统在正常模式下运行时,TVS不会有任何动作,系统上的任何信号传输都不会受到TVS的影响。当系统受到高能静电瞬态脉冲时,将触发TVSTVS两端的阻抗值将在很短的时间内从高阻抗值变为低阻抗值,从而将静电能量引向系统的接地端(GND),保护系统被损坏。

TVS的基本参数有

(1)工作电压VRWM(反向工作最大电压): TVS在此电压范围内工作时处于高阻抗状态,系统上的任何信号传输都不会受到TVS的影响。

(2)反向泄漏电流:当瞬态电压抑制器(TVS)元件在工作电压范围内工作时的泄漏电流。

(3)击穿电压VBR(击穿电压):当瞬态电压开关元件上的电压超过VBR时,瞬态电压开关两端的阻抗值将在很短的时间内从高阻抗值变为低阻抗值。

(4)动态电阻Rd(动态电阻):当TVS元件上的电压超过VBV时,TVS将进入低阻抗值,此时的电阻值称为动态电阻。

(5)箝位电压Vclamp(箝位电压):当TVS被高能静电瞬态脉冲触发时,TVS将呈现低阻抗状态以抑制该瞬态脉冲的电压,此时的电压称为箝位电压。当瞬态脉冲到来时,箝位电压将是系统上看到的最高电压。

TVS最重要的参数-钳制电压(Clamping Voltage)


TVS的工作原理

TVS在系统中的主要功能是保护电子系统免受高能瞬态脉冲的影响,如静电放电(ESD)、雷电浪涌和电快速瞬态脉冲(EFT)。TVS通常被建议放在连接器旁边,因为静电放电、浪涌和电快速瞬态脉冲通常通过连接器进入系统。当这些高能量瞬态脉冲通过连接器进入系统时,它们将触发TVS,TVS将立即进入低阻抗状态,TVS将瞬态脉冲的能量导向系统的接地端(GND),因此TVS离连接器越近,其保护效果越好。如果TVS离连接器太远,将会出现以下问题。如果从连接器到TVS的路径太长,静电放电通过的路径的相邻电路将耦合到静电放电能量,导致其他电路元件损坏。因此,TVS离连接器越近,静电放电能量耦合到其他电路的可能性就越小。此外,从连接器到TVS的路径太长,会导致路径上的寄生电阻增加,进而增加箝位电压,从而降低TVS的保护效果。

TVS最重要的参数-钳制电压(Clamping Voltage)


TVS最重要的参数-钳制电压(Clamping Voltage)


TVS的箝位电压

从上一段对TVS在系统中的工作原理的介绍中,我们可以知道,当高能瞬态脉冲通过TVS被引导到系统的地时,整个系统看到的最高电压将是箝位电压Vclamp(箝位电压),它也将落在主芯片上,所以整个系统主芯片能否得到有效的保护与您选择的TVS的箝位电压Vclamp有着绝对的关系。两个不同的保护组件,TVS1和TVS2,被应用于同一计算机主板上的测试结果,并且由TVS保护的端口是通用串行总线。

通过系统级静电放电测试后,结果表明,在系统级静电放电脉冲电压高达3.5千伏的冲击下,使用TVS1的系统的通用串行总线输入输出端口仍能保持正常工作,使用TVS2的通用串行总线输入输出端口只能承受1.5千伏的系统级静电放电脉冲电压,不能像TVS1那样有效保护3.5千伏的通用串行总线输入输出端口。

在相同电流下,TVS2的箝位电压远高于TVS1。从上一段对TVS系统工作原理的介绍可知,当高能瞬态脉冲到来时,落在主芯片上的电压将是箝位电压。但是,TVS2的箝位电压已经超过了主芯片内部电路的额定电压,所以TVS2的保护效果远不如TVS1。因此,在选择瞬态电压抑制器时,重要的是要考虑瞬态电压抑制器的箝位电压是否低于整个系统的额定电压。


TVS最重要的参数-钳制电压(Clamping Voltage)

箝位电压的量测

采用传输线脉冲发生器(TLP)测量瞬态电压抑制器(TVS)保护装置的箝位电压。利用TLP系统,可以测量短时间高压电磁波触发时TVS保护元件的电压-电流特性曲线。在这种情况下,短时间指的是纳秒(ns)级,而由高压电磁波触发的电流通常达到安培(A)级。因此,短时高压电磁波触发条件下的电压-电流特性是模拟瞬态电压保护元件在发生静电放电时的电压-电流响应。TLP系统将向电视应用短时高压电磁波。每次将TLP系统应用于TVS时,都会测量TVS所反映的电流-电压性能,因此每个TLP的短时高压电磁波将对应TVS的一个电流-电压点。通过对TLP系统的测量,可以了解瞬态电压抑制器的箝位电压,进而判断瞬态电压抑制器是否能有效地保护系统免受各种高能瞬态脉冲的影响。由以上所述可知,TVS的TLP电压-电流特性图为选取保护元件时的重要依据。

TVS峰值脉冲功率(Peak Pulse Power)

在此还要介绍TVS的几个中要参数

1.最大峰值脉冲电流Ipp(Peak  Pulse  Current):该电流是TVS保护元件在高能瞬态脉冲期间能够承受的最大电流。

2.最大峰值脉冲功率Ppp(峰值脉冲功率):该电流是瞬态电压抑制器(TVS)保护元件在高能瞬态脉冲期间能够承受的最大功率。

一般来说,最大峰值脉冲功率的计算方法是P=IppVclamp。从这个公式中,我们可以看出三个瞬态电压源的重要参数:最大峰值脉冲功率、最大峰值脉冲电流和箝位电压。过去,制造商建议用户应优先考虑电视的最大峰值脉冲功率,以选择所用的保护元件。如果最大峰值脉冲电流相同,TVS2在最大峰值脉冲功率方面明显优于TVS1,因此制造商过去会强烈推荐TVS2保护元件。然而,可以发现TVS2的箝位电压已经超过了系统内部高电流时的额定电压。因此,如果选择了具有最大峰值脉冲功率参数的TVS,则可以选择不能有效保护系统的TVS2,但是如果参数箝位电压被用作选择瞬态电压保护元件的基础,则选择TVS1。从上述测试结果可以清楚地看出,虽然TVS1的最大峰值脉冲功率远低于TVS2,但TVS1对系统的保护效果却远远高于TVS2。因此,在选择TVS时,第一个参数是考虑箝位电压Vclamp。

TVS最重要的参数-钳制电压(Clamping Voltage)

TVS最重要的参数-钳制电压(Clamping Voltage)


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