关于TVS、ESD、稳压二极管、压敏电阻

自古美人都是妖i 提交于 2019-12-01 01:36:41

 

一、稳压管和TVS管的工作原理

  稳压二极管(又叫齐纳二极管),是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件,在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定。稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压。
  TVS(Transient Voltage Suppresser瞬态电压抑制器)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钳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。
  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1 mA。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。
  
  2、稳压管和TVS管的异同
  电子系统的应用当中,电压及电流的瞬态干扰会经常造成电子设备的损坏,瞬态干扰的显著特点是作用时间极短,但电压幅度高、瞬态能量大,所以破坏性很大。为了防止这种破坏,TVS管得到了广泛的应用,TVS(Transient Voltage Suppressor)是一种在稳压管工艺基础上发展起来的一高效能的电路保护器件,其电路符号和普通稳压二极管相同,外形也与普通二极管无异,当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时,它能以极高的速度(最高达1*10-12秒)使其阻抗骤然降低,同时吸收一个大电流,将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上,从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。我们在一些精密电子设备中经常可以看到TVS二极管作为ESD防护的主要手段之一。
  作为二者的共同点,它们都可以用来稳压,并且都工作在反向截止状态下,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。但是TVS管齐纳击穿电流更小,大于10V的稳压只有1mA,相对来说齐纳二极管击穿电流要大不少,但是齐纳二极管稳压精度可以做的比较高。而且TVS管强调的是瞬态响应,所以其时间参数就很重要了,也就是说稳压二极管的响应时间通常要比TVS管的慢。同时TVS管的功率较大,而稳压管的功率较小。
  其次,从概念上理解,TVS管主要是防止瞬间大电压的影响,最终可以达到稳压的目的,这与稳压管的作用是有区别的。

 

压敏电阻器

压敏电阻是电压敏感电阻器的简称,是一种非线性电阻元件。压敏电阻阻值与两端施加的电压大小有关,当加到压敏电阻器上的电压在其标称值以内时,电阻器的阻值呈现无穷大状态,几乎无电流通过。当压敏电阻器两端的电压略大于标称电压时,压敏电阻迅速击穿导通,其阻值很快下降,使电阻器处于导通状态。当电压减小至标称电压以下时,其阻值又开始增加,压敏电阻又恢复为高阻状态。当压敏电阻器两端的电压超过其最大限制电压时,它将完全击穿损坏,无法自行恢复。

压敏电阻器性优价廉,体积小,具有工作电压范围宽、对过压脉冲响应快、耐冲击电流能力强、漏电电流小(低于几微安至几十微安)、电阻温度系数小等特点,是一种理想的保护元件,广泛地应用在家电及其他电子产品中,常被用于构成过压保护电路、消噪电路、消火花电路、防雷击保护电路、浪涌电压吸收电路和保护半导体元器件中。

压敏电阻器的技术参数是衡量其性能优劣的重要指标。压敏电阻器的参数有很多,其主要参数有以下几项:
(1)标称电压。标称电压又称压敏电压或基流电压,它是指规定基准电流下压敏电阻器两端的电压值。在大多数情况下,压敏电压值是在1mA的直流电流下测得的。
(2)通流(容)量。压敏电阻器以规定的时间间隔和次数,通以标准的冲击电流时,所允许通过的最大脉冲(峰值)电流值。
(3)漏电流。指在规定温度和规定电压(如75%的压敏电压)下,流过压敏电阻器的直流电流值。压敏电阻器的漏电流也称为等待电流。
(4)最大限制电压。压敏电阻器两端所能承受的最大电压值,称为最大限制电压。
(5)残压。流过压敏电阻器的电流为某一值时,在它两端所产生的电压,称作这一电流值的残压。残压也是压敏电阻器在通过规定波形的大电流冲击波时,在压敏电阻器两端出现的最高峰值电压。
(6)电压比。当压敏电阻器通过一规定电流(如1mA)时,其两端的电压值与通过规定电流的10%(如0.1mA)时其两端电压值之比,即为电压比。电压比值总是大于I的,且电压比越接近于1,非线性电压系数值越大,表明该产品性能越好,其电压一电流特性曲线越陡直。

(7)静态电容。它是指压敏电阻器本身的固有电容量。

 

TVS管是瞬态抑制二极管,具有很快的响应能力和强大的浪涌吸收能力,主要用在电源输入端用来吸收浪涌的;而ESD是静电放电管,主要用在关键引脚上起到静电保护作用。

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