電路保護設(shè)計的器件選型技巧與應(yīng)用方案

第一講：常用過壓、過流、過溫保護器件之選型技巧2012-01-11來源：CNTNetwouks中心議題：過壓保護器件的選型要點過流保護器件的選型技巧過溫保護器件的選型考慮相關(guān)性閱讀：【Class2】保險絲的應(yīng)用方案及常見問題解答【Class3】TVS二極管的定性應(yīng)用與案例分析【Class4】防雷器件的選型技巧與設(shè)計方案隨著電子系統(tǒng)的復(fù)雜性和集成度越來越高，而工作電壓越來越低，電子系統(tǒng)對可靠性、穩(wěn)定性和安全性的要求也越來越高，電路保護設(shè)計的重要性也越來越強。在電路保護設(shè)計中，電路保護器件的選擇和應(yīng)用是否合理，將直接影響電子系統(tǒng)電路保護方案的保護效果。為了幫助工程師正確選擇電路保護器件，合理應(yīng)用電路保護器件設(shè)計高效的電路保護解決方案，本期大講臺將分三部分進行介紹：第一部分介紹常見的電路保護器件之選型技巧；第二部分重點分析保險絲、瞬態(tài)電壓抑制器、ESD保護器件、防雷保護器件等的實際應(yīng)用方案；第三部分將結(jié)合電子元件技術(shù)網(wǎng)論壇和電路保護與電磁兼容研討會中關(guān)于選用電路保護器件的討論，整理出電路保護設(shè)計過程中較常遇到的難題Q&A。電路保護主要有三種形式：過壓保護、過流保護和過溫保護。選擇適當(dāng)?shù)碾娐繁Ｗo器件是實現(xiàn)高效、可靠的電路保護設(shè)計之關(guān)鍵的第一步，那么，如何合理選擇電路保護器件？不同的保護器件其保護原理也各有不同，選擇的時候應(yīng)結(jié)合其保護原理、工作條件和使用環(huán)境來考慮。本文將介紹常用的幾種過壓、過流和過溫保護器件之選型技巧，幫助工程師正確選擇電路保護器件。1.過壓保護器件的選型要點過壓保護器件（OVP）用于保護后續(xù)電路免受甩負載或瞬間高壓的破壞，常用的過壓保護器件有壓敏電阻、瞬態(tài)電壓抑制器、靜電抑制器和放電管等。過壓保護器件選型應(yīng)注意以下四個要點：1）關(guān)斷電壓Vrwm的選擇。一般關(guān)斷電壓至少要比線路最高工作電壓高10％2）箝位電壓VC的選擇。VC是指在ESD沖擊狀態(tài)時通過TVS的電壓，它必須小于被保護電路的能承受的最大瞬態(tài)電壓3）浪涌功率Pppm的選擇。不同功率，保護的時間不同，如600w（10/1000us）；300W（8/20us）4）極間電容的選擇。被保護元器件的工作頻率越高，要求TVS的電容要越小1.1ESD抑制器選擇合適的ESD保護器件，最大的難點在于如何最容易地明確哪種器件可以提供最大的保護。系統(tǒng)供應(yīng)商一般是通過數(shù)據(jù)手冊上的ESD額定值（或標稱值）來比較ESD保護器件的好壞。事實上，從這些額定值根本看不出器件保護系統(tǒng)的能力有多強，關(guān)鍵取決于其二極管參數(shù)。主要的參考系數(shù)應(yīng)該是：快速響應(yīng)時間低箝位電壓高電流浪涌承受能力AEM（蘇州）科技有限公司副總經(jīng)理鄭索平介紹，選擇ESD器件應(yīng)該遵循下面的要求：（1）選擇靜電保護器件注意：?箝制電壓不要超過受保護器件的最大承受電壓?電路電壓不超過保護器件工作電壓?低電容值、漏電流盡可能的減少干擾及損耗（2）靜電保護器件盡量安裝在最接近靜電輸入的地方，遠離被保護器件（3）靜電保護器件一定接的大地線，不是數(shù)字地線（4）回地的線路盡量的短，靜電保護器件與被保護線路之間的距離盡量的短（5）盡量避免被保護與未被保護線路并排走線1.2壓敏電阻壓敏電阻是一種用得最多的限壓器件。廣泛的應(yīng)用在汽車電子、通迅、計算機、消費類電子產(chǎn)品、軍用電子產(chǎn)品等方面，特別是在LCD、鍵盤、I/O接口、IC、MOSFET、CMOS、傳感器、手機、DVD、AV、ABS、馬達控制板、MP3、PDA、USB接口及高速數(shù)據(jù)信號線路上進行保護等。壓敏電阻選用時應(yīng)注意的是：連續(xù)施加在壓敏電阻兩端的電源電壓，不能超過規(guī)格表中列出的?°最大持續(xù)工作電壓?±值。還要充分考慮到電網(wǎng)（或電路）工作電壓的波動幅度,選取壓敏電阻的壓敏電壓值時，要留有足夠的余量。國內(nèi)一般的波動幅度為30%。通過壓敏電阻的最大浪涌電流不應(yīng)超過技術(shù)規(guī)格書中的?°最大沖擊電流?±值(也就是最大通流量?？紤]到要耐受多次沖擊時，應(yīng)該選用能耐受10次以上沖擊的浪涌電流值。壓敏電阻的箝位電壓必須小于被保護的部件或設(shè)備能承受的最大電壓（即安全電壓）。1.3瞬態(tài)電壓抑制器TVS瞬態(tài)電壓抑制器（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10-12秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達數(shù)千瓦的浪涌功率，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。瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS）廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體及敏感的電子零件過電壓、ESD保護上，主要包括：消費類產(chǎn)品、工業(yè)產(chǎn)品、通訊、電腦、汽車、電源供應(yīng)品、信號線路保護及軍事、航天航空導(dǎo)航系統(tǒng)及控制系統(tǒng)上。最大箝位電壓VC不可大于被保護設(shè)備最大的安全電壓，以及反向工作電壓（反向斷態(tài)電壓）須大于線路正常工作電壓，是使用TVS管時必須注意的問題，另外，交流電壓只能用雙向TVS。TVS管的選用應(yīng)注意以下幾點：確定被保護電路的最大直流或連續(xù)工作電壓、電路的額定標準電壓和“高端”容限。TVS額定反向關(guān)斷VWM應(yīng)大于或等于被保護電路的最大工作電壓。若選用的VWM太低，器件可能進入雪崩或因反向漏電流太大影響電路的正常工作。串行連接分電壓，并行連接分電流。TVS的最大箝位電壓VC應(yīng)小于被保護電路的損壞電壓。在規(guī)定的脈沖持續(xù)時間內(nèi)，TVS的最大峰值脈沖功耗PM必須大于被保護電路內(nèi)可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率。在確定了最大箝位電壓后，其峰值脈沖電流應(yīng)大于瞬態(tài)浪涌電流。對于數(shù)據(jù)接口電路的保護，還必須注意選取具有合適電容C的TVS器件。根據(jù)用途選用TVS的極性及封裝結(jié)構(gòu)。交流電路選用雙極性TVS較為合理；多線保護選用TVS陣列更為有利。溫度考慮。瞬態(tài)電壓抑制器可以在－55~+150℃之間工作。如果需要TVS在一個變化的溫度工作，由于其反向漏電流IR是隨增加而增大；功耗隨TVS結(jié)溫增加而下降，從+25℃到+175℃，大約線性下降50％雨擊穿電壓VBR隨溫度的增加按一定的系數(shù)增加。因此，必須查閱有關(guān)產(chǎn)品資料，考慮溫度變化對其特性的影響。1.4陶瓷氣體放電管陶瓷氣體放電管屬于開關(guān)組件，用于電源防雷器共模電路中將雷電流泄放入地，也可用在差模電路中與壓敏電阻串聯(lián)而阻斷其漏電流。在信號防雷器中常用于第一級泄放浪涌電流，由于其反應(yīng)速度慢，還要用第二級作限壓保護。在選擇陶瓷氣體放電管時應(yīng)注意：陶瓷氣體放電管不能直接用在電源上做差模保護；擊穿電壓要大于線路上最大信號電頻電壓；耐電流不能小于線路上可能出現(xiàn)的最大異常電流；還有脈沖擊穿電壓須小于被保護線路電壓。2過流保護器件的選型過流保護器件主要有一次性熔斷器、自恢復(fù)熔斷器、熔斷電阻和斷路器等，其中，最重要的過流保護器件是熔斷器，也叫保險絲。它一般串聯(lián)在電路中，要求其電阻要?。ü男。?，當(dāng)電路正常工作時，它只相當(dāng)于一根導(dǎo)線，能夠長時間穩(wěn)定的導(dǎo)通電路；由于電源或外部干擾而發(fā)生電流波動時，也應(yīng)能承受一定范圍的過載；只有當(dāng)電路中出現(xiàn)較大的過載電流(故障或短路時，熔斷器才會動作，通過斷開電流來保護電路的安全，以避免產(chǎn)品燒毀的危險。在熔斷器分斷電路的過程中，由于電路電壓的存在，在熔體斷開的瞬間會發(fā)生電弧，高質(zhì)量的熔斷器應(yīng)該盡量避免這種飛?。辉诜謹嚯娐泛?，熔斷器應(yīng)能耐受加在兩端的電路電壓。熔斷器受脈沖損傷會逐步降低承受脈沖的能力，選用時需要考慮必要的安全余量；這個安全余量是指熔斷器的總?cè)蹟?動作時間，它是預(yù)飛弧時間和飛弧時間之和。所以在選擇的時候需要留意它的熔斷特性和額定電流這個基本條件；另外安裝時要考慮熔斷器周邊的環(huán)境，熔斷器只有達到本身的熔化熱能值的時候才會熔斷，如果是在環(huán)境較冷的狀況下，它的熔斷時間會變化，這是使用時必須留意的?？偟膩碚f，保險絲的選型應(yīng)注意以下十個要素：額定電流；額定電壓；環(huán)境溫度；電壓降/冷電阻；熔斷特性:過載能力，時間/電流特性；分斷能力；熔化熱能值；耐久性（壽命）；結(jié)構(gòu)特征：外形/尺寸，安裝形式；安全認證結(jié)合以上的十個保險絲選用注意要素，保險絲的選用可根據(jù)下圖所示的流程來進行。相關(guān)閱讀：保險絲管的選用指南選擇保險絲的十大要素3過溫保護器件的選型過溫保護器件主要有熱敏電阻、溫度開關(guān)和溫度熔斷器等。在電源設(shè)計中經(jīng)常使用NTC熱敏電阻型浪涌抑制器作過溫保護，因為其抑制浪涌電流的能力與普通電阻相當(dāng)，但在電阻上的功耗則可降低幾十到上百倍。NTC熱敏電阻，即負溫度系數(shù)熱敏電阻，其特性是電阻值隨著溫度的升高而呈非線性的下降。NTC熱敏電阻的選型要考慮以下幾個要點：1）最大額定電壓和濾波電容值濾波電容的大小決定了應(yīng)該選用多大尺寸的NTC。對于某個尺寸的NTC熱敏電阻來說，允許接入的濾波電容的大小是有嚴格要求的，這個值也與最大額定電壓有關(guān)。在電源應(yīng)用中，開機浪涌是因為電容充電產(chǎn)生的，因此通常用給定電壓值下的允許接入的電容量來評估NTC熱敏電阻承受浪涌電流的能力。簡單來說，就是輸入電壓越大，允許接入的最大電容值就越小，反之亦然。NTC熱敏電阻產(chǎn)品的規(guī)范一般定義了在220Vac下允許接入的最大電容值。2）產(chǎn)品允許的最大啟動電流值和長期加載在NTC熱敏電阻上的工作電流電子產(chǎn)品允許的最大啟動電流值決定了NTC熱敏電阻的阻值。產(chǎn)品正常工作時，長期加載在NTC熱敏電阻上的電流應(yīng)不大于規(guī)格書規(guī)定的電流。第二講：保險絲的應(yīng)用方案及常見問題解答2012-01-17來源：CNTNetworks中心議題：保險絲的三項基本功能貼片保險絲在單節(jié)鋰電池上的應(yīng)用保險絲在LED照明燈具中的應(yīng)用雙保險絲為大電流板級電路提供有效保護保險絲應(yīng)用設(shè)計的常見問題相關(guān)閱讀：【Class1】常用過壓、過流、過溫保護器件之選型技巧在電路的過流保護設(shè)計中，經(jīng)常使用到保險絲，換句話說，合理應(yīng)用保險絲對于設(shè)計可靠的過流保護電路非常重要。本文將在介紹保險絲的基本功能的基礎(chǔ)上，介紹保險絲在鋰電池保護板及LED照明燈具中的應(yīng)用方案，并整理出行業(yè)內(nèi)的專家們對保險絲應(yīng)用中的一些常見問題的解答及經(jīng)驗分享，對工程師初步認識保險絲非常有幫助，對工程師進一步合理使用保險絲有指導(dǎo)意義。保險絲的三項基本功能什么樣的保險絲才是好的保險絲？AEM（蘇州）科技有限公司副總經(jīng)理鄭索平先生總結(jié)概括出保險絲的三項主要基本功能，即：保護功能：該斷的時侯要斷承載功能：不該斷的時侯不能斷安全功能：斷的過程必須保證安全保險絲的保護功能決定了保險絲在需要的時侯必須動作，當(dāng)被保護電路上出現(xiàn)不被允許的異常過電流時能夠及時而有效地切斷電流。要滿足保險絲的保護功能，需選擇恰當(dāng)熔斷特性和恰當(dāng)?shù)念~定電流規(guī)格的保險絲品種。并不是所有出現(xiàn)過流的時侯保險絲必須動作的，有些過流并不是異常的，這樣的過流保險絲必須能夠承受，例如，開關(guān)電源熱插拔時出現(xiàn)的浪涌電流就是保險絲需要承載的，因此，保險絲需具備承載能力。換句話說，保險絲的承載能力保證了保險絲在絕大部分時間里的正常工作。選擇有恰當(dāng)熔化熱能值的保險絲品種規(guī)格和放大足夠并合理的安全余量才能滿足保險絲的承載功能（耐脈沖能力）。保險絲的安全功能確保了保險絲在任何條件下的絕對安全。具體來說就是，優(yōu)質(zhì)可靠的保險絲應(yīng)該在其動作前，動作中和動作后都能保證安全性，即安全地導(dǎo)通和安全地熔斷，不發(fā)生任何不安全的因素，如持續(xù)拉弧、多次導(dǎo)通、破碎、飛濺、燃燒、以至爆炸等。選擇具有足夠分斷能力和額定電壓的，并獲得必要的應(yīng)用地區(qū)的安全認證的保險絲品種，才能滿足保險絲的安全功能?？偟膩碚f，適當(dāng)?shù)谋ｋU絲應(yīng)當(dāng)具備：適當(dāng)?shù)娜蹟嗵匦院皖~定電流；足夠而合理的熔化熱能值；合適的分斷能力、額定電壓和安全認證，只有在具備了這三個條件的基礎(chǔ)上，同時協(xié)調(diào)好保護性能和耐脈沖能力之間的制約，求得最合理的平衡的保險絲才是最適當(dāng)、最好的保險絲。貼片保險絲在單節(jié)鋰電池上的應(yīng)用某單節(jié)鋰電池保護板電路圖如圖1，保護IC采用SII(精工S8261ACJ，基本參數(shù)如表1，采用的MOS管為BF9028DNJ/BF9028DNJ-A，部分參數(shù)如表2。圖1單節(jié)鋰電池保護板電路圖A：保護電路工作正常根據(jù)公式：過電流檢測電壓V=放電電流IxRds(onx2可以算出放電電流達到多少保護IC開始進行保護作用。當(dāng)過電流檢測電壓為0.9V，MOS管內(nèi)阻取最大值時候，可以檢測過電流將為最小值。算出此時過電流值為15A，此時保護IC保護延遲時間320us；當(dāng)過電流檢測電壓1.5V，MOS管內(nèi)阻取最小值時候，可以檢測過電流將為最大值。算出此時過電流值為46.875A，此時保護IC保護延遲時間380us。即，需求保險絲在46.875A時候熔斷時間要大于380us，才能保證短路保護情況下保險絲不會先于保護IC熔斷。B：保護電路工作異常保護IC失效電路示意圖如圖2所示，此時保護IC對短路不能起到保護作用，當(dāng)負載出現(xiàn)短路時候需要保險絲快速熔斷。圖2保護IC失效電路示意圖考慮因素如下：電芯電壓：3.8～4.2V電芯內(nèi)阻：<150mΩ保護板內(nèi)阻：MOS管內(nèi)阻＋保險絲內(nèi)阻（15mΩ）＋PCB板內(nèi)阻（10mΩ）短路負載內(nèi)阻：0～100mΩ要考慮保險絲的快速熔斷，所以就考慮短路電流的最小值，可以算出短路電流最小值11A。即保險絲需在11A電流情況下快速熔斷。綜合A，B兩種情況，單節(jié)鋰電池上選擇保險絲需要考慮到保護IC的短路保護時間。保險絲在LED照明燈具中的應(yīng)用對于LED照明燈具的過流保護，應(yīng)從燈體的輸入電流來來考慮。LED照明燈具的輸入電流主要有直流輸入和電網(wǎng)交流輸入兩種最基本的類型，這兩種類型的主要區(qū)別在于驅(qū)動電源是否有交流轉(zhuǎn)直流的模塊。針對不同的輸入電流類型，其過流保護的方式有所不同，保險絲的應(yīng)用應(yīng)根據(jù)具體的情況來考慮：1、針對直流輸入類型的DCin保險絲的選用，需要特別關(guān)注保險絲的溫度折減系數(shù)參數(shù)，由于大功率LED的發(fā)熱量比較大，在LED燈杯內(nèi)部的溫度相對較高，如果選用溫度折減比較大的保險絲就會選擇電流較大的規(guī)格，在同樣的工作電流下，電流規(guī)格大的保險絲的保護能力相對要降低一些；另外DCin的位置，由于后端都會使用電容濾波，會產(chǎn)生比較大的開機脈沖電流，所以在此部位選擇保險絲需要注意嚴格考慮脈沖的條件，否則錯誤選項易造成保險絲被開機脈沖沖斷現(xiàn)象，很難經(jīng)過很多次開關(guān)機實驗和浪涌電流實驗，在此推薦使用耐脈沖能力強的產(chǎn)品。2、針對驅(qū)動輸出端的保險絲選型，在注意保險絲溫度折減系數(shù)的同時，還需要考慮保險絲的熔斷速度指標，由于此處電流波動不大，在電路出現(xiàn)異?；蛘咴骷У那闆r下，需要快速切斷電路，保護后端的LED燈串，在此位置推薦選擇快斷類型和溫度折減小的保險絲。以上2種場合一般市場上有比較多的貼片低壓保險絲可供選擇，比如AEM科技的SolidMatrix?技術(shù)的保險絲，尺寸從0402到1206，電流規(guī)格從0.5到30A，有快斷、快快斷、耐高脈沖、慢斷等多個不同系列，不同規(guī)格，不同特性的產(chǎn)品供各位工程師選用。3、而針對交流輸入LED照明的ACin位置，特別是LED球狀燈泡既需要考慮保險絲的尺寸問題，又需要考慮保險絲的耐電壓值。可以考慮選用AEM科技推出的AirMatrixTMAF2系列貼片保險絲，該系列保險絲具有體積小，可以承受250VAC的電壓，同時還具有高一致性、低內(nèi)阻、高耐脈沖能力等優(yōu)點。雙保險絲為大電流板級電路提供有效保護保護電路板元器件不受越來越大電流的損壞是件復(fù)雜的事，因為沒有現(xiàn)成滿足要求的保險絲。提供保護的方法可以是仔細設(shè)計的雙保險絲電路，或有足夠額定值的單個保險絲。但是，由于不存在兩個完全相同的保險絲，總有一個保險絲承受的電流大于另一個。因此，即使線路電流是在規(guī)格范圍內(nèi)，承擔(dān)較高負載的保險絲仍會熔斷，于是很快另一個也會熔斷。如何解決這個難題？以下是保險絲匹配以及確定電路額定值的一些指南，為雙保險絲方案提供所需的保護。UL標準保險絲通常都有75%的降額因素，以保證能提供所需的電路保護。保險絲的直流阻抗通常有15%的公差；因此在最差情況下，兩個隨機選擇保險絲（相同額定電流，且來自同一制造商）的直流阻抗可以相差到35%（1.15Rdc/0.85Rdc=1.35，即差35%）。如果兩個保險絲的直流阻抗有很大差別，流經(jīng)的電流也會相差很大，電路保護就會出現(xiàn)問題。一般來說，一個保險絲承受的電流要高于另一個，可能工作在接近過流極限值處，而另一個則遠低于安全極限。因此，用兩個保險絲完成一種功能會影響到電路的過流保護。除直流阻抗以外，另外一個重要的考慮因素是兩個保險絲所處位置之間的溫度差。保險絲是溫度敏感器件，它們的有效額定電流會隨著環(huán)境溫度的上升而減小。如果兩個并聯(lián)保險絲中，其中一個的工作溫度高于另一個，則它將有較小的有效額定電流，因此比另一個更早地進入過載。雖然使用兩個并聯(lián)保險絲有著上述不確定性，但可以從以下四個方面著手改進它們的工作可靠性：1兩個保險絲必須盡可能地匹配。不僅它們的額定值要相同，確保兩個保險絲是同時制造的也是一個不錯的想法。這樣能確保兩個保險絲的直流阻抗盡可能匹配。2兩個保險絲永遠不可能均分電流。因此，要為組合增加20%的降額因素。3細心追蹤每個保險絲的熱歷史。兩個保險絲都應(yīng)保持在相同溫度下，包括環(huán)境溫度和正常工作溫度。因此，確定讓兩個保險絲都暴露在相同的氣流中，引線或保險絲管夾上都有相似的熱傳導(dǎo)機制。4最大斷路電流等于單個保險絲的值，而不是兩個保險絲最大斷路電流之和。同樣，最大斷路電壓也等于單個保險絲的值，而不是兩個保險絲斷路電壓之和。遵守了以上的設(shè)計指南以后，流經(jīng)兩個并聯(lián)保險絲的電流基本相等，它們可以在低于自己過流極限條件下良好地工作。此外，當(dāng)出現(xiàn)過載事件時，兩個保險絲差不多在相同時間開路，為電路板的元器件提供保護。保險絲應(yīng)用設(shè)計的常見問題保險絲的額定電壓有什么意義？如何選擇保險絲的熔斷特性和額定電流？慢熔斷保險絲與快熔斷有什么不同的性能和應(yīng)用？一次性保險絲和可恢復(fù)保險絲的異同？相同額定電流的不同品牌保險絲一定能夠直接替換嗎？為什么保險絲常在開機時或剛接通電源時斷開？怎樣才使保險絲能承受多次瞬間脈沖的沖擊？這些都是工程師在保險絲的選型和應(yīng)用過程中經(jīng)常會遇到的問題，現(xiàn)在，通過專家的專業(yè)答疑和網(wǎng)友的熱烈討論，為你一一解答保險絲的應(yīng)用難題。專家解惑：熔斷器應(yīng)用設(shè)計常見問題TOP10問答精粹：如何正確使用保險絲？熱門討論：自復(fù)式保險絲和一次性保險絲的應(yīng)用場合有什么異同？第三講：TVS二極管的典型應(yīng)用及實例分析2012-01-29來源：CNTNetworks中心議題：TVS應(yīng)用的三大特點及注意事項TVS的典型應(yīng)用電路介紹TVS在熱插拔電路中的應(yīng)用實例TVS在汽車電源線保護中的應(yīng)用TVS應(yīng)用效能最佳化措施相關(guān)性閱讀：【Class1】常用過壓、過流、過溫保護器件之選型技巧【Class2】保險絲的應(yīng)用方案及常見問題解答瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）具有響應(yīng)時間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、箝位電壓較易控制、無損壞極限、體積小等優(yōu)點。目前已廣泛應(yīng)用于計算機系統(tǒng)、通訊設(shè)備、交/直流電源、汽車、家用電器、儀器儀表等各個領(lǐng)域。本文將結(jié)合TVS應(yīng)用的特點及使用注意事項，介紹TVS的幾種典型應(yīng)用電路，并通過TVS在熱插拔電路保護和汽車電源線保護中應(yīng)用的實例，來詳細探討如何正確應(yīng)用TVS和使TVS的應(yīng)用效能最佳。在實際的應(yīng)用電路中，處理瞬時脈沖對器件損害的最好辦法，就是將瞬時電流從敏感器件引開。為達到這一目的，將TVS在線路板上與被保護線路并聯(lián)。這樣，當(dāng)瞬時電壓超過電路正常工作電壓后，TNS將發(fā)生雪崩擊穿，從而提供給瞬時電流一個超低阻抗的通路，其結(jié)果是瞬時電流通過TVS被引開，從而避開被保護器件，并且在電壓恢復(fù)正常值之前使被保護回路一直保持截止電壓。在此之后，當(dāng)瞬時脈沖結(jié)束以后，TVS二極管再自動恢復(fù)至高阻狀態(tài)，整個回路進入正常電壓狀態(tài)。1TVS應(yīng)用的三大特點1）將TVS二極管加在信號及電源線上，能防止微處理器或單片機因瞬間的脈沖，如靜電放電效應(yīng)、交流電源之浪涌及開關(guān)電源的噪音所導(dǎo)致的失靈。2）靜電放電效應(yīng)能釋放超過10000V、60A以上的脈沖，并能持續(xù)10ms；而一般的TTL器件，遇到超過30ms的10V脈沖時，便會導(dǎo)至損壞。利用TVS二極管，可有效吸收會造成器件損壞的脈沖，并能消除由總線之間開關(guān)所引起的干擾（Crosstalk）。3）將TVS二極管放置在信號線及接地間，能避免數(shù)據(jù)及控制總線受到不必要的噪音影響。2TVS管在使用中應(yīng)注意的事項對瞬變電壓的吸收功率(峰值與瞬變電壓脈沖寬度間的關(guān)系。手冊給的只是特定脈寬下的吸收功率(峰值，而實際線路中的脈沖寬度則變化莫測，事前要有估計。對寬脈沖應(yīng)降額使用。對小電流負載的保護，可有意識地在線路中增加限流電阻，只要限流電阻的阻值適當(dāng)，不會影響線路的正常工作，但限流電阻對干擾所產(chǎn)生的電流卻會大大減小。這就有可能選用峰值功率較小的TVS管來對小電流負載線路進行保護。對重復(fù)出現(xiàn)的瞬變電壓的抑制，尤其值得注意的是TVS管的穩(wěn)態(tài)平均功率是否在安全范圍之內(nèi)。3TVS的典型應(yīng)用電路3.1TVS在交流電路中的應(yīng)用圖1所示是一個雙向TVS在交流電路中的應(yīng)用電路。應(yīng)用TVS可以有效地抑制電網(wǎng)帶來的過載脈沖，從而起到保護整流橋及負載中所有元器件的作用。圖1中的TVS箝位電壓應(yīng)不大于電路的最大允許電壓。3.2用TVS保護直流穩(wěn)壓電源圖2是一個直流穩(wěn)壓電源，在其穩(wěn)壓輸出端加上TVS，可以保護使用該電源的儀器設(shè)備，同時還可以吸收電路中晶體管的集電極到發(fā)射極間的峰值電壓，從而保護晶體管。建議在每個穩(wěn)壓源的輸出端增加一個TVS管，這樣可以大幅度地提高整機的可靠性。3.3用TVS保護晶體管電路各種瞬變電壓能使晶體管的EB結(jié)或CE結(jié)擊穿而損壞，特別是晶體管集電極有感性(線圈、變壓器、電動機負載時，通常會產(chǎn)生高壓反電勢，因而可能使晶體管損壞。在實際應(yīng)用中，建議采用TVS作為保護器件。圖3所示為TVS保護晶體管的四種電路實例。3.4用TVS保護集成運放集成運放對外界電應(yīng)力非常敏感。因此，在使用運放的過程中，如果因操作失誤或采取了不正常的工作條件，往往會出現(xiàn)過大的電壓或電流，特別是浪涌和靜電脈沖，從而很容易使運放受損或失效。圖4所示是用TVS在運放差模輸入端防止過壓損傷的保護電路。推薦閱讀：TVS的典型應(yīng)用電路4TVS的應(yīng)用實例4.1TVS用于熱插拔電路保護在熱插拔應(yīng)用中，TVS主要用作需要被中斷的差模電流的接地分流路徑。熱插拔系統(tǒng)常被用在分布式電源系統(tǒng)中提供可靠的系統(tǒng)保護和電氣管理，典型服務(wù)器系統(tǒng)的線卡接口和熱插拔電路原理圖如圖5所示。從本質(zhì)上講，當(dāng)檢測到故障和電流中斷期間的電流轉(zhuǎn)換率可能達到100A/μs或以上時，圖5中的通路MOSFETQ1將迅速被熱插拔控制器關(guān)閉。不過，輸入功率路徑的電源軌總線結(jié)構(gòu)難免出現(xiàn)寄生電感（與電源母線的長度和固有環(huán)路面積有關(guān)）。儲存在該電感的能量將轉(zhuǎn)移到電路中的其他元件，以致產(chǎn)生過壓動態(tài)行為。為了防止下游元件被損壞，在分流保護配置中從VIN至GND處連接了響應(yīng)速度快的單向TVS（瞬態(tài)電壓抑制）硅二極管，如圖5所示。應(yīng)用于熱插拔電路中的TVS選擇可按照以下步驟進行：1）用切斷電壓VR選擇單向TVS，該電壓等于或大于直流或連續(xù)峰值工作母線電壓水平。14V或15VTVS適合低阻抗12VDC±10％的服務(wù)器系統(tǒng)輸入總線。2）根據(jù)熱插拔控制器斷路器閾值電壓、響應(yīng)時間和所選分流電阻器來確定峰值脈沖電流水平IP。3）利用公式（式中，VC：鉗位電壓；IP：峰值脈沖電流；VC(max：最大鉗位電壓；VBR：擊穿電壓；IPP：采用10/1000ms波形的VC(max條件下的最大峰值脈沖電流。）由第2步和相關(guān)數(shù)據(jù)表參數(shù)給定的IP水平來計算電路鉗位電壓VC。VC是否足夠低？如果不是，另一種方法是使用一個較大的TVS，以獲得較陡峭的下降。請注意，VC的電壓溫度系數(shù)與VBR類似（例如在75℃的工作環(huán)境條件下，0.1%/℃意味著該系數(shù)增加了5％）。4）計算出VC和IP的乘積，以獲得由TVS維持的實際峰值功率水平。5）利用公式（式中，L為電路中的寄生電感）和已知的輸入寄生電感來確定三角脈沖波形的脈沖持續(xù)時間td（即衰減到零的時間）。6）使用類似圖6（a）曲線的第5步脈沖持續(xù)時間降額PPP。如前所述，三角脈沖電流波形可以實現(xiàn)比雙指數(shù)參考波形曲線高33％的脈沖功率。7）使用類似圖6（b）曲線的環(huán)境溫度降額PPP