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瞬变电压抑制器的典型应用
类别:电源技术  
 
        

    

    

    ◆ TVP 的特性和参数:

    在反向应用条件下,当承受一个高能量的瞬时大脉冲时,其工作阻抗立即降至很低的导通值,允许大电流通过,同时把电压箝制到预定水平。因此,可有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏。 TVP 所能承受的瞬时脉冲电流峰值可达数百安培,其箝位响应时间仅为 1 × 10 -12 秒; TVP 所允许的正向浪涌电流,在 25 ℃、 1/120 秒的条件下,也可达 50-200 安培。另一类是双向 TVP ,用于交流电路,它正负两个方向均可“吸收”瞬时大脉冲,把电路电压箝制到预定水平。

    图①为 TVP 的特性曲线。正向特性与一般二极管没有区别;反向击穿拐点近似“直角”,表明器件为典型的 PN 结雪崩器件。在瞬时大脉冲条件下,器件的击穿电压便升至略高些的箝位电压值,并保持在这一稳定水平上。

    

    

    

    I R ——最大反向漏电流 ( 在工作电压下测得的流过 TVP 的最大电流 ) ;

    V R ——反向变位电压, TVP 的最大额定直流工作电压,这个电压约为击穿电压 V B 的 85% ;

    I T ——规定的测试电流 , 一般为 1mA ;

    V B ——击穿电压 ,TVP 在此时阻抗骤然降低 , 处于雪崩击穿状态;

    I PP ——最大峰值脉冲电流 , 它反映了 TVP 的浪涌抑制能力;

    V C ——最大箝位电压,在峰值脉冲电流 I PP 下测得的最大电压值;

    C r ——箝位因子 , 表示为 C r =V C /V B , 一般箝位因子仅为 1.2 ~ 1.4

    图②反映了 TVP 的浪涌抑制能力,在承受额定的瞬时峰值脉冲电流 I PP 时,用特殊的取样方法观察 TVP 的特性,得以如那样的曲线。图中表明,当瞬时峰值脉冲电流出现时, TVP 被击穿,并由击穿电压上升至预定的箝位电压值;在规定的脉冲时间内,稳定在最大箝位电压水平以下。随着脉冲电流指数下降,箝位电压亦下降,恢复原来状态。因此, TVP 将抑制可能是经常出现的浪涌冲击,从而有效地保护电路。

    TVP 最大允许脉冲功率为: P M =V C · I PP 。显然,最大允许脉冲功率愈大, TVP 所能承受的峰值脉冲电流愈大;反之,额定的 P M 确定以后, TVP 所能承受的峰值脉冲电流,随着箝位电压的降低而增加。因此,如果电路的最大电压较低(即所要求的箝位电压较低),那么就允许承受更大的峰值脉冲电流。

    TVP 的最大允许脉冲功率除了和峰值脉冲电流及箝位电压有关外,还和脉冲波形、脉冲持续时间及环境温度有关。对于几种不同的脉冲波形 P M =K · V C · I PP ,式中 K 为功率系数。

    图③中给出了几种典型波形的 K 值 (EXP 波: K=1.00 方波: K=1.40 正弦波: K=2.20 三角波: K=2.80 。 )

    图④所示为最大允许脉冲功率和脉冲持续时间的关系曲线,图中描绘了 0.5KW 和 1.5KW 系列 TVP 的最大允许脉冲功率随脉冲持续时间增加的降额曲线,典型的脉冲持续时间为 1ms 。

    图⑤所示为最大允许脉冲功率随环境温度增高的降额曲线 , 环境温度超过 25 ℃时 , 最大允许脉冲功率呈线性下降 , 在 175 ℃时,脉冲功率为零。

    一般地说, TVP 所能承受的瞬时脉冲指的是不重复的脉冲。而实际应用中,电路里可能出现重复性脉冲。 TVP 器件规定,脉冲重复率(脉冲持续时间和间歇时间之比)为 0.01% 。如不符合这一条件,脉冲功率的“积累”有可能使 TVP “烧毁” , 电路设计人员应注意这一点。

    TVP 的工作是可靠的。即使长期承受不重复性大脉冲的高能量冲击,也不会出现“老化”问题。试验证明, TVP 安全工作于 10000 次脉冲后,其最大允许脉冲功率仍为原值的 80% 以上。

    ◆ 选用 TVP 的原则:

    (1) 确定待保护电路的直流电压或持续工作电压。

    (2) TVP 的最大箝位电压 (V C ) 不大于被保护电路的最大允许电压。

    (3) TVP 的反向变位电压 (V R ) 不低于被保护电路的最大工作电压。

    (4) 确定电路的干扰脉冲情况 , 根据干扰脉冲的波形、脉冲持续时间确定能够有效抑制干扰的 TVP 峰值脉冲功率。

    (5) TVP 分单向和双向,如果电路中只有正向电平信号,选用单向 TVP ;而双向 TVP 用于交流电或有正负双向脉冲的场合。单向在型号后加注“ A ”,双向加注“ C ”来表示。

    (6) 如果知道比较准确的浪涌电流 (I PP ) ,可利用最大箝位电压 (V C ) 来确定其功率,如果无法确定功率的范围,一般来说,选择功率大一些的较好。

    

    

    

    ◆ TVP 在电路中的典型应用:

    图⑥为双向 TVP 在交流电路的应用:可以保护整流桥及负载中所有的元器件。 TVP 的箝位电压不大于电路的最大允许电压。

    图⑦是用单向 TVP 并联于整流管旁侧,以保护整流管不被瞬时脉冲击穿。选用的 TVP 必须和整流管相匹配。

    图⑧为 TVP 在直流电流的应用:所示两个单向 TVP 连接在电源线路中,用以防止直流电源反接,或电源通、断时产生的瞬时脉冲使集成电路损坏。当电路连接有感性负载,如电机、继电器线圈、螺线管时,会产生很高的瞬时脉冲电压。

    图⑨中的 TVP 可以保护晶体管及逻辑电路,从而省去了较复杂的电阻 / 电容保护网路。