使電子電路免受損害的協(xié)同電路保護方案(一)

可重置過電流保護元件的優(yōu)勢很明顯，一旦過電流故障消失，保護器件冷卻后會返回到低電阻狀態(tài)。同樣，對可重置過電壓保護元件而言，一旦過電壓故障消失，保護器件會自動返回到高電阻狀態(tài)。無需用戶去干預(yù)，也無需技術(shù)人員的幫助。非重置器件必須由技術(shù)人員或其他合格的人員進行手工重置，這樣當(dāng)設(shè)備位于遠(yuǎn)端站時，就會產(chǎn)生不必要的保用成本或高額運營費用。使過電流/過電壓的保護更為方便和可靠。

下面對它們的工作原理與典型應(yīng)用加以介紹和分析。

2.1瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS）的工作原理與典型應(yīng)用

瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS）是瞬態(tài)電壓抑制器（TransientVoltageSuppressor）的簡稱，TVS的電路符號與普通穩(wěn)壓二極管相同。它的正向特性與普通二極管相同，反向特性為典型的PN結(jié)雪崩器件。在浪涌電壓的作用下，TVS兩極間的電壓由額定反向關(guān)斷電壓VFM上升到擊穿電壓VBR而被擊穿。隨著擊穿電流的出現(xiàn)，流過TVS的電流將達(dá)到峰值脈沖電流IPP，同時在其兩端的電壓被箝位到預(yù)定的最大箝位電壓VC以下。其后，隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，TVS兩極間的電壓也不斷下降，最后恢復(fù)到初始狀態(tài)，這就是TVS抑制可能出現(xiàn)的浪涌脈沖功率，保護電子元器件的過程。

TVS是一種二極管形式的高效能保護器件。當(dāng)TVS二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時，它能以10-12s量級的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達(dá)數(shù)kW的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預(yù)定值，有效地保護電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。

由于TVS具有響應(yīng)時間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差、箝位電壓較易控制、無損壞極限、體積小等優(yōu)點。TVS已廣泛應(yīng)用于計算機系統(tǒng)、通訊設(shè)備、交/直流電源、汽車、電子鎮(zhèn)流器、家用電器、儀器儀表（電度表）、RS232/422/423/485、I/O、LAN、ISDN、ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、數(shù)字照相機的保護、共模/差模保護、RF耦合/IC驅(qū)動接收保護、電機電磁波干擾抑制、聲頻/視頻輸入、傳感器/變速器、工控回路、繼電器、接觸器噪音的抑制等各個領(lǐng)域。

（1）TVS的工作特性

TVS的特點是：響應(yīng)速度特別快（為ns級）；耐浪涌沖擊能力較放電管和壓敏電阻差，其10/1000μs波脈沖功率從400W～30kW，脈沖峰值電流從0.52A～544A；擊穿電壓有從6.8V～550V的系列值，便于各種不同電壓的電路使用。

TVS管有單向與雙向之分，單向TVS管的特性與穩(wěn)壓二極管相似，雙向TVS管的特性相當(dāng)于兩個穩(wěn)壓二極管反向串聯(lián)。

（2）TVS的主要特性參數(shù)

TVS主要有以下的特性參數(shù)。

①反向斷態(tài)電壓(截止電壓)VRWM與反向漏電流IR

反向斷態(tài)電壓(截止電壓)VRWM表示TVS管不導(dǎo)通的最高電壓，在這個電壓下只有很小的反向漏電流IR。

②擊穿電壓VBR

TVS通過規(guī)定的測試電流IT時的電壓，這是表示TVS導(dǎo)通的標(biāo)志電壓。

③脈沖峰值電流IPP

超過這個電流值就可能造成永久性損壞。在同一個系列中，擊穿電壓越高的TVS允許通過的峰值電流越小。

④最大箝位電壓VC

TVS管流過脈沖峰值電流IPP時兩端所呈現(xiàn)的電壓。VC、IPP反映了TVS器件的浪涌抑制能力。VC與VBR之比稱為箝位因子，一般在1.2~1.4之間。

⑤脈沖峰值功率Pm

脈沖峰值功率Pm是指TVS的脈沖峰值電流IPP與最大箝位電壓VC的乘積，即Pm=IPPVC。在給定的最大箝位電壓下，功耗PM越大，其浪涌電流的承受能力越大；在給定的功耗PM下，箝位電壓VC越低，其浪涌電流的承受能力越大。另外，峰值脈沖功耗還與脈沖波形、持續(xù)時間和環(huán)境溫度有關(guān)。而且TVS所能承受的瞬態(tài)脈沖是不重復(fù)的，器件規(guī)定的脈沖重復(fù)頻率（持續(xù)時間與間歇時間之比）為0.01%，如果電路內(nèi)出現(xiàn)重復(fù)性脈沖，應(yīng)考慮脈沖功率的“累積”，有可能使TVS損壞。

⑥穩(wěn)態(tài)功率PO

TVS也可以作穩(wěn)壓二極管用，這時要使用它的穩(wěn)態(tài)功率參數(shù)值。

⑦　極間電容Cj