浪涌吸收器在產(chǎn)品測(cè)試中的應(yīng)用

摘要：在電裝車間發(fā)生元器件損壞事件，大部分都是因?yàn)檫^(guò)電應(yīng)力損傷、電流過(guò)大燒毀、大電壓擊穿，這些失效模式是典型的浪涌損壞。在此分析了浪涌產(chǎn)生的機(jī)理，早期的浪涌吸收器響應(yīng)時(shí)間一般為μs級(jí)，不能很好地抑制某些高速浪涌。根據(jù)TVS管特性，把它加入到電子產(chǎn)品中可有效抑制高速浪涌的產(chǎn)生，在某軍用電子產(chǎn)品中具體做了實(shí)驗(yàn)，從脈沖產(chǎn)生的數(shù)據(jù)表中，可明顯看到增加TVS管后，抑制了浪涌產(chǎn)生，保證了產(chǎn)品的測(cè)試精度，減少了元器件的損傷，提高了產(chǎn)品的抗干擾能力。
關(guān)鍵詞：TVS器件；浪涌；靜電保護(hù)；干擾

0 引言
對(duì)精度要求極高(穩(wěn)定性2．5×105)電子產(chǎn)品，裝配調(diào)試時(shí)應(yīng)將溫度、電源、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等影響因素降到最小程度。
由于電裝車間的諸多不同儀器設(shè)備共用同一電源和地線，在調(diào)試、測(cè)試高精度產(chǎn)品時(shí)，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)當(dāng)開關(guān)其他用電設(shè)備(如：高溫箱、電風(fēng)扇)時(shí)，產(chǎn)品輸出數(shù)據(jù)發(fā)生跳變。文獻(xiàn)指出“當(dāng)接通或斷開電感負(fù)載、繼電器的線圈或變壓器一側(cè)開關(guān)元器件，經(jīng)常產(chǎn)生開關(guān)浪涌電壓或電流，尤其以切斷空載變壓器和繼電器最為嚴(yán)重”。浪涌電壓或電流是指電路在工作過(guò)程中有時(shí)出現(xiàn)比正常電壓或電流高出很多倍的電壓或電流。浪涌電壓(電流)的特點(diǎn)是作用時(shí)間短，作用電壓(電流)大。例如直流6 V的繼電器或線圈斷電時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓高達(dá)300～600V。
浪涌的產(chǎn)生有外因也有內(nèi)因，外部因素主要是供電電源引入，內(nèi)部因素主要是電路自身斷開感性負(fù)載(繼電器、變壓器等)、電容器等。如果電路設(shè)計(jì)未考慮浪涌對(duì)元器件的影響，那么，元器件就處于被浪涌損傷的危險(xiǎn)情況。這些年許多電裝車間發(fā)生數(shù)起元件損壞事件，對(duì)其中的幾個(gè)損壞的元件作失效分析，其結(jié)果多為：過(guò)電應(yīng)力損傷、電流過(guò)大燒毀、大電壓擊穿，這些失效模式是典型的浪涌損壞結(jié)果。
可見，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高工作效率；避免元器件損壞，節(jié)約成本；提高產(chǎn)品可靠性；配合今后生產(chǎn)線改造，適應(yīng)批量生產(chǎn)形式的需求，研究涌浪電壓(電流)產(chǎn)生的深層次機(jī)理和如何消除或抑制浪涌電壓(電流)是非常重要的。
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的研究和試驗(yàn)，找到了一種比較好的浪涌抑制器件(TVS管)。將該器件加裝在某軍工產(chǎn)品測(cè)試臺(tái)上，可以有效抑制高溫箱開關(guān)產(chǎn)生的浪涌影響。為了進(jìn)一步試驗(yàn)其可靠性，我們已經(jīng)在某工位安裝使用該器件4個(gè)月，結(jié)果表明這款電子產(chǎn)品測(cè)試試驗(yàn)時(shí)很少發(fā)生跳大數(shù)現(xiàn)象。

1 浪涌的抑制方法以及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
最常見的浪涌的抑制方法是給電子設(shè)備加裝浪涌吸收器。如前所述，浪涌作用的時(shí)間短(ns或μs級(jí))、量級(jí)大(幾百到幾千V)，這就對(duì)浪涌吸收器提出2個(gè)要求：響應(yīng)時(shí)間快；短期過(guò)載能力強(qiáng)。
早期浪涌吸收器有：RC濾波器、D型二極管、硒整流器、氧化鋅壓敏電阻器、雪崩二極管等。這些器件曾得到廣泛的應(yīng)用，但是其響應(yīng)時(shí)間一般為μs級(jí)，不能很好地抑制某些高速浪涌。隨著電子制造技術(shù)的提高，近年來(lái)西方出現(xiàn)了一種理想的浪涌吸收器(Transitent Voltage Suppressor Diode，TVS)。TVS能承受瞬時(shí)脈沖功率高達(dá)上kW，其箝位響應(yīng)時(shí)間僅為1 ps，允許的正向浪涌電流可達(dá)50～200A。
TVS在美國(guó)應(yīng)用十分廣泛，特別是在軍事電子裝備中非常重視，美國(guó)軍標(biāo)不僅出版了不少TVS器件的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)在線路應(yīng)用方面也有軍標(biāo)。如在文獻(xiàn)列出不少TVS的應(yīng)用實(shí)例；文獻(xiàn)中也談到了TVS的應(yīng)用。TVS在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用，正處于推廣應(yīng)用階段。所以，掌握TVS器件的特點(diǎn)，并將其正確應(yīng)用，將大大提高產(chǎn)品的可靠性和抗電磁干擾性能。

2 TVS器件的特點(diǎn)與電特性
TVS器件的特點(diǎn)：在規(guī)定的反向應(yīng)用條件下，當(dāng)承受一個(gè)高能量的瞬時(shí)過(guò)壓脈沖時(shí)，其工作阻抗能立即降至很低的導(dǎo)通值，允許大電流通過(guò)，并將電壓抑制到預(yù)定水平，從而有效地保護(hù)電子線路的精密元器件免受損傷。
單向TVS的電特性如圖1所示，其正向特性與普通穩(wěn)壓二極管相同，反向擊穿拐點(diǎn)近似“直角”為硬擊穿是典型的PN結(jié)雪崩器件。從擊穿點(diǎn)到UC值所對(duì)應(yīng)的曲線段表明，當(dāng)有瞬時(shí)過(guò)壓脈沖時(shí)，器件的電流急劇增加而反向電壓則上升到拉電壓值，并保持在這一水平上。