冲击电流讲座

浪涌的危害主要分成两种：灾难性的危害和积累性的危害。 　　—  灾难性危害：一个电涌电压超过设备的承受能力，则这个设备完全被破坏或寿命大大降低。如下图所示： 　　电机通常的绝缘电压为正常工作电压的 2 倍加 1000V 左右，故 220V 电机的绝缘电压一般为 1500V。电涌不断地冲击电机的绝缘层， 导致绝缘层被击穿。 　　—  积累性危害：多个小电涌累积效应造成半导体器件性能的衰退、设备发故障和寿命的缩短，最后导致停产或是生产力的下降。 　　上图是一个实际的例子，这是从美国空军计算机上取下的芯片，圆圈处的凹陷造成 IC 芯片的永久损坏导致停机和器件更换，上下部的裂痕造成停机、 出错和复位。 需要指出的是，该芯片在安装了昂贵的UPS系统中工作。 什么是电涌？ 电涌是由各种外部和内部因素造成的过电压或过电流现象，通常只持续短短几微秒。雷电、变速电动机、电力网的切换和邻近用户的负载切换是造成这种电力干扰的主要原因。按ANSI/IEEE C62.41-1991 说明瞬间电涌可高20,000V，瞬间电流可达10,000A。在工作繁忙的工厂中每小时瞬间电涌可达180,000至432,000次。 研究表明：大约有80%的电涌是由您供电系统内部产生的。从日常复印机、空调、电梯水泵到机械装配手、电焊机、电动机、空气压缩机等其它感性负荷，几乎所有的工业机器或系统都产生电涌。内部产生电涌的重要特征是振荡型，高次谐波丰富，如图： 在您的配电系统中的变压器、感性负载和无功补偿电容器之间”流窜”，根据IEEE的定义，内部电涌的电压值在几微秒-几纳秒内从几百伏至6000伏； 20%的电涌来自外部，如雷电和公用电网切换等。外部电涌呈单向脉冲型，能量大，如图： 根据IEEE的定义，这种电涌的电压在几微秒内从几百伏高至2万伏。雷电带来电涌可能是由于直接的雷击，更为常见的是雷击中邻近建筑或架空线所引起。由于电涌的电压很高，电涌可以传输相当长的距离。即使在英美等国，许多建筑物是由地下电缆供电，但雷电带来的电涌危害也不容忽视，由架空线供电的远方建筑物、农场房屋和分散的工厂等仍存在危险。  电涌的危害 随着半导体技术的飞速发展，多层、超大规模集成芯片不断涌现，集成度提高，元器件间距更小，导线更细。几年前，一平方厘米的微处理器芯片有2,000个晶体管，而现在的奔腾芯片则超过10,000,000个，这使得电子设备受到电涌破坏的可能性越来越大。如果一个瞬态过电压超过某个电子设备的承受能力，那么这个设备或者被完全破坏，或者寿命大大缩短。多个小电涌累积效应也会造成半导体器件性能的衰退、设备的故障和寿命缩短，最后导致停产和生产力下降。 含有微处理器的电气设备极易受到电涌的损坏，包括计算机和计算机辅助设备、PLC（可编程序控制器）、变频器、电动机、通信设备如程控交换机、广播电视发送机、微波中继设备及家用电器。 您的电气电子设备正受到电力干扰的直接影响. 所有关键的电气和电子系统都必须有MEM电涌保护器的保护以免受损失。  如何知道您的系统存在电涌？ 您的供电系统是否存在以下现象： 电压波动 在正常的工作情况下，机器设备会自动停止或启动 您有空调、压缩机、电梯、泵或电机吗？ 您和您相邻单位的供电是否来自同一的馈电线路？ 您的电脑控制系统是否经常出现无理由的复位？ 您是否经常需要更换您设备中印刷线路板？ 您的电机是否经常要更换或重绕？ 您的电气设备由于故障、复位或电压问而缩短使用寿命 有电力就有电涌问题。电涌不是从供电系统产生的，几乎所有的电涌都来自于电路上负载的变化。电涌的产生带有随机性和重复性，往往伴随配电网中其它扰动现象的发生而产生。大多数电涌的损害（80%-90%）是系统内部造成的。  电涌如何影响您的设备？ 我们知道造成电气和电子设备损坏的原因不外乎以下3个原因： 1. 过热 2. 过多的振动或运动（机械损害） 3. 过高的电压（在几毫秒内电压超过正常的二倍以上） 如果您的设备常常发生故障而找不到明显的原因，设备工作在正常温度范围内（没有过热），按设备生产商的要求安装，不会发生因过分振动而造成机械损坏，那剩下的因素就是电压过高。电压过高有二种可能性：一是电压持续过高，这容易用普通的测量仪表测得；二是瞬间过电压，即电涌。人们往往把电气系统的故障归罪于”电压波动”，事实上，大多数设备可以承受工作电压在+15-20%范围内的波动而不出现问题。由于难以测量到的电涌引起的”波动”，才是真正的罪魁祸首。 Texas仪器实验室在研究了电涌对集成电路的影响后表明：电涌造成集成电路芯片表面产生裂缝和凹陷，从而影响芯片的功能。 如图1所示，这是一块从美国空军计算机上取下的芯片，圆圈处的凹陷造成IC芯片的永久损坏导致停机和器件更换，上下部的裂痕造成停机、出错和复位。需要指出的是，该芯片上在安装了昂贵的UPS系统中工作的。 让我们再来看看电涌对电机的损害。 电机通常的绝缘电压为正常工作电压的2倍加1000伏左右，故220伏电机的绝缘电压一般为1500伏。突发的高电压不断地袭击电机的绝缘层，导致绝缘层被打穿烧毁 被电涌损坏的电机 电涌，简单来讲就是突发的高电压不断地冲击敏感的集成电路和电机等用电设备；电涌造成的结果可分为灾难性的和累积性的两种。  电涌保护器的作用 保护：保护您的供电系统和设备从外部到内部减少瞬变现象和高次谐波产生的破坏。 节能：堵截外部来路和内部回路的瞬变现象和高次谐波，使电表计量准确。降低热效应产生的阻抗，增加设备运转的效率，使能耗降低，减少电费开支。 延长设备使用寿命：在繁忙的工业环境下，电网中的瞬变和高次谐波攻击设备高达432，000次/小时，其结果是使您的设备遭受冲击和破坏。电涌保护器大大减少了瞬变和高次谐波现象的发生，延长了设备的使用寿命，为您节约了大量昂贵的设备维修费用及设备停工检修造成的额外损失。  电涌保护器如何保护您的设备 MEM电涌保护器是一种高效能的电路保护器，当它承受瞬态高压、高能量脉冲时，快速（10-9s）由原来的高阻抗变为低阻抗，并将瞬变高压干扰脉冲限制到预定电平，从而有效地保护设备和敏感器件不受损坏，电路工作不受干扰。 抑制电涌有许多不同的方法，用在隔离和串联电路中的一些方法比较复杂，成本也比较高，但效果较好。简单和常用的方法是采用分流或并行系统，在交流电的通路上设置一个钳制装置。 电涌保护器因安装位置的不同分为并联型、串联型两种。并联型电涌保护器与母排或配电柜相连，一个单元可以保护多个用户设备，应用范围广泛，单相，三相均有，适合用于负载电流从60安培到4000安培的场合， 如PTX080-3Y201。串联型电涌保护器与单个设备相连，性能更好，只有单相，负载电流从10安培到60安培，如HS-P-SP。 根据电涌保护器的原理的不同，又可分为门限（Threshold）电路和正弦波跟踪（Sine Wave Tracking）电路。 门限电路是有效保护电气设备的广泛，对外部产生的高能量脉冲型电涌特别有效。 正弦波跟踪电路针对μ-处理器和集成电路的保护，是最有效保护高敏感电子和电脑设备的方案，对内部产生的振荡型电涌最为有效，它可以快速探测电涌并将它限定在正弦波峰值以下的范围内。  电涌保护器的组成及工作原理 组成电涌保护器的主要器件有金属氧化可变电阻（MOV）、硅雪崩二极管（SAD）或TRANSORB二极管、气体放电管等。 MOV是一种有效的电涌抑制器件，主要用来防止对设备的灾难性破坏，但它需要响应时间，这意味着在门限电路发生作用前，可能有非常短暂的尖峰电流进入设备。因此单纯采用MOV设计的电涌保护器不适合保护含微处理器的敏感设备。目前市场上90%以上的电涌保护器采用这种设计。 带滤波的门限设计是将MOV和电磁干扰/射频干扰（EMI/RFI）滤波器结合起来。EMI/RFI滤波器对电涌的高次谐波非常有效。 硅雪崩二极管（SAD）或TRANSORB二极管的响应速度比MOV快，对电涌反应非常灵敏，但这种元件的最大额定容量也比中等规格的MOV容量还小得多。 气体放电管的响应时间长，但它能吸收大量的电涌，设计中一般把它作为抑制交流冲击电流的”最后一道”措施，防止前级没有滤掉的电涌的进入。 大多数其它公司的电涌保护器采用单种器件（MOV），MOV本身的局限性使得这样的电涌保护器无法对宽带电涌（高次谐波）起作用，而且MOV的使用寿命也是有限的。 MEM的产品采用混合电路设计，即在一种设计中组合不同的元件对付不同类型的电涌。通过组合发挥每个器件的最佳特性，克服各自的缺陷。见图3。 针对元器件受电涌冲击性能衰退，使用寿命有限的问题，MEM电涌保护器采用IT专利设计，将所有器件用特殊的胶状物封装起来。这种封装设计的好处是：在元器件损坏前就把电涌造成的热快速转移，；绝缘强度高，可放置更多器件，减小体积，降低可测限制电压；保护元器件抗击振动和恶劣环境的影响。实验室测试证明可无限延长产品寿命。这也是MEM电涌保护器性能优异，保用期长达20年的秘密所在。  预防电涌危害的措施- MEM电涌保护系统 IT以其新一代创新的电涌保护设备（SPD）、优秀的服务和最全系列的产品继续领导电涌保护工业。从电力进线处到单独负载设备，IT系统屏蔽为所有电子和电气设备提供一体化电涌抑制保护，在供电系统内合理配置电涌保护设备，最有效地隔断各种电涌路径对关键设备的侵袭。 这种系统屏蔽保护的思想得到IEEE绿皮书的支持，（参见IEEE Std. 1100-1992），其中讲到：”建议在给电子负载设备配电的下行开关柜和配电柜加装电涌保护设备。 为更好地了解电力传输系统中电涌保护设备的作用，先介绍一下电涌环境。多年以来，美国国家学会（ANSI）和IEEE对瞬变/电涌的测试资料、现场调查和理论知识等编辑了许多文件。C62就是电涌保护方面的经典。 C62.41-1991把一个系统分为三种位置类别，每种类别各有不同的电涌活跃度，电涌波形，电压/电流电平和电涌源。 为简便起见，这里的列出了C类、B类和A类来说明IT的系统屏蔽保护。详见产品目录P9-10。 每个IT的系统屏蔽保护计划都是为客户量身定造的。您当地的IT分销商都能为您提供一份全面、系统的考察报告，包括电气设备的布局， C类 指严重的、外部产生的脉冲型瞬变，如雷电，电网切换，电力故障，恶劣的天气和邻近用户的用电设备。 B类 指既有外部产生的脉冲瞬变，又有内部各种负载（如电机、环境控制设备、生产设备和办公设备等）产生的振荡瞬变 A类 指由各种负载设备产生的开关/振荡型瞬变，包括办公设备和一般商用/工业用生产系统。  选用电涌保护器的主要原则 在选择电涌保护器时，应考虑的因素包括技术性能指标、符合的国际标准、质量保证、制造商资质证书等等。 技术性能指标主要有： 可测限制电压MLV（Measured Limiting Voltage）可测限制电压是电涌保护器的一个最重要的指标，指电涌保护器对瞬态过电压的钳制能力。电气设备被设计在一定电压范围内使用，如果超出了这个范围就会导致设备的损坏或工作异常。因此，电涌保护器必须把瞬态过电压钳制到安全水平，以达到保护设备的目的。MLV与电涌保护器的体积、设计方法、安装位置和连接方式有很大关系。可测极限电压低表明电涌保护器在极限条件下抑制电涌对负载影响的效果好。ANSI/IEEE C62.41 1991规定了MLV的测试方法，有12种电压和电流波形。UL1449第2版规定了测试连接方法。需要指出的是，一定要注意测试条件，否则不同厂家的产品性能无法进行比较。 峰值电涌电流PSC（Peak Surge Current）峰值电涌电流是指电涌保护器处理的最大工作电流。MEM建议用户根据实际需要合理选择适当型号的电涌保护器。因为如果某一型号的峰值电涌电流高过实际需要，则会造成可测极限电压值的上升，影响对电涌的钳制能力；反之，会使电涌保护器提早损坏。市场上许多电涌保护器的PSC只有20Ka，但40kA和80kA的电涌保护器更适合一般的工业和商业企业，在大多数重负荷场所和雷电高发区，应考虑使用160kA、320kA或640kA的电涌保护器。 产品的重量和外形尺寸  理想的产品应该是一个小型、紧凑、能够安装在现有空间内并且安装简便。 响应时间  电涌保护器的响应时间必须比电涌的速度快，才能达到保护设备的目的。MEM电涌保护器的响应时间均在纳秒级（10-9） 电涌保护器现行的国际标准，包括UL、ANSI、IEEE、NEMA和IEC等 产品的使用寿命也是个重要因素。大多数其它公司电涌保护器器件的性能随着电涌能量耗散而逐渐下降。当器件失效时，必须进行更换。MEM的电涌保护器封装在一种特殊的化合物中，这种化合物能驱散电涌产生的大量热量并大大减慢器件失效的速度。MEM的产品保用期是业界最长的，高达20年。  型号选择指南 为满足电涌抑制器在商业和工业等方面的广泛应用,IT提供从交流电源到数据通信等多种型号的电涌抑制器. 选择合适的电涌抑制器需要考虑多种因素，如安装尺寸、施工复杂性、位置类别、电涌活跃等级、一般保护或关键设备保护，电气系统的布局、设备的安装位置和相邻电气设备等情况也是需考虑的重要因素。 根据上述原则,MEM电涌保护器选用指南见下表 交流电源柜单元型号选择指南 位置类别 一般用途 关键/敏感设备  最活跃 活跃 不活跃 最活跃 活跃 不活跃 C类 系统进线处，分配电盘，屋顶，室外 PTX640 PTX320 PTX320 PTX160 PTX320 PTX160 PTX080 PTE640 PTE320 PTE320 PTE160 PTE320 PTE160 PTE080 B类 进线处，分配电盘，短距离分支电路（距进线） PTX320 PTX160 PTX320 PTX160 PTX320 PTX160 PTX080 PTE320 PTE160 PTE320 PTE160 PTE320 PTE160 PTE080 A类 用户配电盘，长距离分支电路（距进线），使用总开关处 PTX160 PTX080 PTX160 PTX080 PTX160 PTX080 PTX048 XT40 PTE160 PTE080 PTE160 PTE080 PTE160 PTE080 PTE048 XT40 最活跃： 雷电高发区，邻近有重工业设施，内部负载切换非常频繁，大型电感型负载和关键/敏感设备与强瞬变源有共享线路等场合。 活跃： 雷电频发区，内部负载切换频繁，敏感负载与瞬变源有共享线路，经常使用敏感设备等场合。 不活跃： 雷电少发区，内部负载较少切换，较少使用敏感设备等场合。 关键设备： 带微处理器的设备，计算机，服务器，工作站，VFD、VSD和PLC的控制电路，机械手，自动生产线，过程控制柜，电话/传真/调制解调器，火灾报警/保安系统等等。 (E) 指有ATN电路。   粗体表示在该环境下的常用型号。  应用示例 示例1: 一个典型的SPD系统方案包括主配电柜保护、分配电柜保护、终端配电柜保护和用户端保护几部分。主配电柜保护设备能将高达20kV的外部电涌减至1.1kV的限制电压，这一电压送至分配电柜保护设备进行进一步处理，中央空调、电梯马达等产生的电涌也由分配电柜保护设备处理。这一级的限制电压和其它下级产生的电涌一起被终端配电柜保护设备处理至可忽略不计的电压值。在需要特别保护的通讯和数据设备处，还可安装用户端保护设备。 示例2.电涌保护器对变频器调速电机的保护方案 变频调速电机在我国的应用极其广泛，但变频器中要进行大功率二极管整流、大功率晶体管逆变，结果是在输入输出回路产生高次谐波，干扰供电系统、负载及其他邻近电气设备。在实际使用过程中，经常遇到变频器谐波干扰问题。电涌保护器抑制变频器谐波干扰主要通过三方面来实现，1. 用于输入端,保护变频器不受外部浪涌威胁,并阻止浪涌传播；2. 控制电路, 用于对电源异常非常敏感的控制电路；3. 用于输出端,保护变频器不受回波影响来实现，见图6所示。 主要用户名录 IT作为第一家专门从事电涌保护器研究、开发、生产及测试的公司，多年来的努力赢得了越来越多的用户的支持和信任，并被被风险研究公司（Venture Development Corporation）评为美国电涌保护器质量和服务第一的公司。 1． 航空航天：NASA 美国国家航空航天署、FAA美国航空管理署、…… 2． 公共医疗：美国国家急救中心、Saint Joseph 医院、Shriners医院、St. James 医院急救中心 3． 公众安全：美国紧急求援系统“911”、Kentucky 公众安全通信中心…… 4． 国防工业：美国国家武器研制系统、FBI、美国海军、Keesler空军基地…… 5． 商用：  福特汽车、通用电气、柯达公司、美孚石油、南贝尔、纽约州交通部…… 6． 在中国的主要用户有：海南邮电、延吉邮电、四川石油管理局、武汉供电局、重庆石化、深圳赛电、贵州电视台、珠海海关、中南海、中国海军、生力啤、HIT货柜码头、香港电视、康力电视、上海商业银行、深圳移动通信、中国舰艇某部等等  产品简介 并联接法 – 系统或大型设备 PTX/PTE640  640KA (千安培) 对电力人口处的瞬间电涌干扰进行保护，最大需求量设计，通常装置在大电流的电力输入盘，尤其在高危险区域的工业用负载上 (C类区域)。三相星形或三角形接法，可承受相间电涌电流高达640KA。 PTX/PTE320  320KA (千安培) 对中途的瞬间电涌干扰进行保护，通用于工业及商业上一般情况设计，通常装置在中电流的电力输入输出盘 (B类区域)。单相、三相星形或三角形接法，可耐相间电涌电流320KA。 PTX/PTE160  160KA (千安培) 对中途及互联的瞬间电涌干扰进行保护，广泛用于工业及商业上的电力供应盘及设备的开关盘 (B，A类区域)，应用灵活，安装方便。单相、三相星形或三角形接法，可耐相间电涌电流160KA。 PTX/PTE80 80KA (千安培) 对独立设备及互联的瞬间电涌干扰进行保护，安装在电力供应主盘、分盘及设备的开关盘中，以防止贵重的设备被损坏 (B，A类区域)，应用灵活。单相、三相星形或三角形接法，可耐相间电涌电流80KA。 PTX/PTE048 48KA (千安培) 对敏感度高及关键性的独立设备进行电涌干扰保护，安装在电力供应盘、分盘及设备的开关盘中，以防止贵重及使用计算机微处理器的设备被损坏 (A类区域)，应用灵活。单相、三相星形或三角形接法，可耐相间电涌电流48KA。 PTX  使用(TSN)门限抑制网络 PTE  使用(ATN)动态轨迹网络 XT 40KA (千安培) 对独立电机及电子设备进行瞬间电涌干扰保护，最经济的设计，安装在电力供应盘及设备的开关盘中，以防止设备被损坏 (A类区域)，应用灵活。单相、三相星形或三角形接法，可耐相间电涌电流40KA。   串联接法 – 独立设备 HS-P-SP (ATN) 对独立电机及电子设备进行瞬间电涌干扰保护，最经济的设计，安装在电力开关盘内，以防止设备被损坏 (A类区域)，应用灵活。单相串联接法，工作电流60A, 30A 电压250V, 125V AC。 HS (ATN) 对独立电机及电子设备进行瞬间电涌干扰保护，最经济的设计，安装在电力开关盘内，以防止设备被损坏 (A类区域)，应用灵活。单相串联接法，工作电流10A 电压250V / 125V AC, 38-300V DC。 HT 对独立电机及电子设备进行瞬间电涌干扰保护，最经济的设计，安装在电力开关盘内，以防止设备被损坏 (A类区域)，应用灵活。单相串联接法，工作电流30A 电压250V / 125V AC, 38-300V DC。 其它 同轴屏蔽 CCTV coaxial cable 串联盒。 电话线串联盒。 计算机数据串联盒。 1.​ negative 负 2.​ Temperature温度 3.​ Coefficient系数 固态继电器(SSR)与机电继电器相比，是一种没有机械运动，不含运动零件的继电器，但它具有与机电继电器本质上相同的功能。SSR是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件，他利用电子元器件的点，磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。 二、固态继电器的组成 固态继电器有三部分组成:输入电路，隔离(耦合)和输出电路。安输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种。有些输入控制电路还具有与TTL/CMOS兼容，正负逻辑控制和反相等功能。固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种。固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路，交流输出电路和交直流输出电路等形式。交流输出时，通常使用两个可控硅或一个双 向可控硅，直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管。 TVS瞬态电压抑制二极管原理应用特性 瞬态抑制二极管(TVS)又叫钳位型二极管，是目前国际上普遍使用的一种高效能电路保护器件，它的外型与普通二极管相同，但却能吸收高达数千瓦的浪涌功率，它的主要特点是在反向应用条件下，当承受一个高能量的大脉冲时，其工作阻抗立即降至极低的导通值，从而允许大电流通过，同时把电压钳制在预定水平，其响应时间仅为10-12毫秒，因此可有效地保护电子线路中的精密元器件。 TVS允许的正向浪涌电流在TA＝250C，T＝10ms条件下，可达50～200A。双向TVS可在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率，并把电压钳制到预定水平， 双向TVS适用于交流电路，单向TVS一般用于直流电路。可用于防雷击、防过电压、抗干扰、吸收浪涌功率等，是一种理想的保护器件。耐受能力用瓦特(W)表示。 TVS二极管的应用 目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、交/直流电源、汽车、电子镇流器、家用电器、仪器仪表（电度表）、RS232/422/423/485、 I/O、LAN、ISDN 、ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、数字照相机的保护、共模/差模保护、RF耦合/IC驱动接收保护、电机电磁波干扰抑制、声频/视频输入、传感器/变速器、工控回路、继电器、接触器噪音的抑制等各个领域。 TVS器件的主要电参数 （1）击穿电压V(BR) 器件在发生击穿的区域内，在规定的试验电流I(BR)下，测得器件两端的电压称为击穿电压，在此区域内，二极管成为低阻抗的通路。 （2）最大反向脉冲峰值电流IPP 在反向工作时，在规定的脉冲条件下，器件允许通过的最大脉冲峰值电流。 IPP与最大钳位电压VC(MAX)的乘积，就是瞬态脉冲功率的最大值。 使用时应正确选取TVS，使额定瞬态脉冲功率PPR大于被保护器件或线路可能出现的最大瞬态浪涌功率。 TVS二极管的分类 TVS器件可以按极性分为单极性和双极性两种，按用途可分为各种电路都适用的通用型器件和特殊电路适用的专用型器件。如：各种交流电压保护器、 4~200mA电流环保器、数据线保护器、同轴电缆保护器、电话机保护器等。若按封装及内部结构可分为：轴向引线二极管、双列直插TVS阵列（适用多线保护）、贴片式、组件式和大功率模块式等。 TVS二极管的特点 （1）将TVS二极管加在信号及电源线上，能防止微处理器或单片机因瞬间的肪冲，如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。 （2）静电放电效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲，并能持续10ms；而一般的TTL器件，遇到超过30ms的10V脉冲时，便会导至损坏。利用TVS二极管，可有效吸收会造成器件损坏的脉冲，并能消除由总线之间开关所引起的干扰（Crosstalk）。 （3）将TVS二极管放置在信号线及接地间，能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响。 TVS的选用技巧 （1）确定被保护电路的最大直流或连续工作电压、电路的额定标准电压和“高端”容限。 （2）TVS额定反向关断VWM应大于或等于被保护电路的最大工作电压。若选用的VWM太低，器件可能进入雪崩或因反向漏电流太大影响电路的正常工作。串行连接分电压，并行连接分电流。 （3）TVS的最大钳位电压VC应小于被保护电路的损坏电压。 （4）在规定的脉冲持续时间内，TVS的最大峰值脉冲功耗PM必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。在确定了最大钳位电压后，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。 （5）对于数据接口电路的保护，还必须注意选取具有合适电容C的TVS器件。 （6）根据用途选用TVS的极性及封装结构。交流电路选用双极性TVS较为合理；多线保护选用TVS阵列更为有利。 （7）温度考虑。瞬态电压抑制器可以在－55℃～+150℃之间工作。如果需要TVS在一个变化的温度工作，由于其反向漏电流ID是随增加而增大；功耗随TVS结温增加而下降，从+25℃～+175℃，大约线性下降50％雨击穿电压VBR随温度的增加按一定的系数增加。因此，必须查阅有关产品资料，考虑温度变化对其特性的影响。           处理瞬时脉冲对元件损害的最好办法是将瞬时电流从感应元件引开。 TVS二极管在线路板上与被保护线路并联，当瞬时电压超过电路正常工作电压后，TVS二极管便产生雪崩，提供给瞬时电流一个超低电阻通路，其结果是瞬时电流透过二极管被引开，避开被保护元件，并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。当瞬时脉冲结束以后，TVS二极管自动回覆高阻状态，整个回路进入正常电压。许多元件在承受多次冲击后，其参数及性能会产生退化，而只要工作在限定范围内，二极管将不会产生损坏或退化。 从以上过程可以看出，在选择TVS二极管时，必须注意以下几个参数的选择： 1.最小击穿电压VBR和击穿电流I R 。 VBR是TVS最小的击穿电压，在25℃时，低于这个电压TVS是不会产生雪崩的。当TVS流过规定的1mA电流(IR )时，加于TVS两极的电压为其最小击穿电压V BR 。按TVS的VBR与标准值的离散程度，可把VBR分为5％和10％两种。对于5％的VBR来说，V WM =0.85VBR；对于10％的VBR来说，V WM =0.81VBR。为了满足IEC61000-4-2国际标准，TVS二极管必须达到可以处理最小8kV(接触)和15kV(空气)的ESD冲击，部份半导体厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。对于某些有特殊要求的可携设备应用，设计者可以依需要挑选元件。 2.最大反向漏电流ID和额定反向切断电压VWM。 VWM是二极管在正常状态时可承受的电压，此电压应大于或等于被保护电路的正常工作电压，否则二极管会不断截止回路电压；但它又需要尽量与被保护回路的正常工作电压接近，这样才不会在TVS工作以前使整个回路面对过压威胁。当这个额定反向切断电压VWM加于TVS的两极间时它处于反向切断状态，流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流ID。 3.最大钳位电压VC和最大峰值脉冲电流I PP 。当持续时间为20ms的脉冲峰值电流IPP流过TVS时，在其两端出现的最大峰值电压为VC。 V C 、IPP反映了TVS的突波抑制能力。 VC与VBR之比称为钳位因子，一般在1.2~1.4之间。 VC是二极管在截止状态提供的电压，也就是在ESD冲击状态时通过TVS的电压，它不能大于被保护回路的可承受极限电压，否则元件面临被损伤的危险。 4. Pppm额定脉冲功率，这是基于最大截止电压和此时的峰值脉冲电流。对于手持设备，一般来说500W的TVS就足够了。最大峰值脉冲功耗PM是TVS能承受的最大峰值脉冲功耗值。在特定的最大钳位电压下，功耗PM越大，其突波电流的承受能力越大。在特定的功耗PM下，钳位电压VC越低，其突波电流的承受能力越大。另外，峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且，TVS所能承受的瞬态脉冲是不重覆的，元件规定的脉冲重覆频率(持续时间与间歇时间之比)为0.01％。如果电路内出现重覆性脉冲，应考虑脉冲功率的累积，有可能损坏TVS。 5.电容器量C。电容器量C是由TVS雪崩结截面决定的，是在特定的1MHz频率下测得的。 C的大小与TVS的电流承受能力成正比，C太大将使讯号衰减。因此，C是数据介面电路选用TVS的重要参数。电容器对于数据/讯号频率越高的回路，二极管的电容器对电路的干扰越大，形成噪音或衰减讯号强度，因此需要根据回路的特性来决定所选元件的电容器范围。高频回路一般选择电容器应尽量小(如LCTVS、低电容器TVS，电容器不大于3pF)，而对电容器要求不高的回路电容器选择可高于40pF。 TVS二极管特性曲线：                              图1 单向TVS二极管特性曲线                                                                       图2 双向TVS二极管特性曲线 说明： VBR：崩溃电压@IT- TVS瞬间变为低阻抗的点 VRWM：维持电压-在此阶段TVS为不导通之状态 VC：钳制电压@Ipp -钳制电压约略等于1.3*VBR VF：正向导通电压@IF -正向压降 IR：逆向漏电流＠VRWM IT：崩溃电压之测试电流 IPP：突波峰值电流 IF：正向导通电流                                  图2 TVS二极管电路原理 点击查看大图片                          图4  计算机接口用数只TVS二极管保护线路   点击查看大图片 本站所有文章不得转载！可以链接网址使用