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tvs二极管的参数都有哪些?
发布时间:2025-8-29 17:18:04

击穿电压(Breakdown Voltage, \(V_{BR}\))

击穿电压是 TVS 二极管的重要参数之一,它指的是 TVS 二极管开始导通并将瞬态电压限制在一定范围内时的电压值。通常在特定的测试电流(如 1mA)下进行测量。击穿电压必须略高于电路的正常工作电压,这样既能保证在电路正常工作时 TVS 二极管处于截止状态,不影响电路的正常运行,又能在出现瞬态过电压时迅速启动保护机制。例如,对于工作电压为 12V 的电路,可能会选择击穿电压为 15V 左右的 TVS 二极管。不同型号的 TVS 二极管击穿电压范围很广,从几伏到几百伏不等,以适应各种不同工作电压的电路需求。

工作电压(Working Voltage)

反向工作电压(Reverse Working Voltage, \(V_{RWM}\))

反向工作电压是 TVS 二极管在正常工作状态下能够持续承受的最大反向电压。在该电压下,TVS 二极管处于反向截止状态,仅有极小的反向漏电流通过。若施加的反向电压超过\(V_{RWM}\),TVS 二极管可能会进入击穿状态,影响电路正常工作。例如,某 TVS 二极管的\(V_{RWM}\)为 30V,这意味着该二极管在电路中承受的反向电压应始终低于 30V,否则可能导致器件损坏或误动作。选择 TVS 二极管时,其\(V_{RWM}\)必须大于电路的最大工作电压,以确保可靠的保护。

正向工作电压(Forward Working Voltage, \(V_{FWM}\))

正向工作电压是 TVS 二极管在正向导通时的电压。与普通二极管类似,当 TVS 二极管正向偏置且电流通过时,会产生一定的电压降,即正向工作电压。不过在 TVS 二极管的应用中,主要关注其反向工作特性来实现过电压保护,正向工作电压的重要性相对较低。但在某些特殊应用场景中,比如正向电流较大的电路中,也需要考虑正向工作电压对电路功耗和性能的影响。

钳位电压(Clamping Voltage, \(V_{C}\))

钳位电压是衡量 TVS 二极管保护效果的关键指标。当电路中出现瞬态过电压,TVS 二极管迅速导通,将电压限制在一个较低的水平,这个被限制的电压就是钳位电压。钳位电压越低,对后端电路中敏感元器件的保护效果就越好,因为更低的钳位电压能确保被保护器件承受的电压在其安全工作范围内。钳位电压与击穿电压密切相关,通常钳位电压会高于击穿电压,二者的比值称为钳位因子,一般在 1.2 - 1.4 之间。例如,某 TVS 二极管的击穿电压为 15V,若其钳位因子为 1.3,则在承受瞬态电流时,钳位电压约为 19.5V。在选择 TVS 二极管时,要确保其钳位电压低于被保护器件所能承受的最大电压,以提供有效的保护。

峰值脉冲电流(Peak Pulse Current, \(I_{PP}\))

峰值脉冲电流是指 TVS 二极管能够承受的最大瞬态电流。当电路遭受雷击、静电放电等瞬态过电压事件时,会产生瞬间的大电流,TVS 二极管需要能够承受这些大电流冲击而不损坏。\(I_{PP}\)越大,TVS 二极管的抗浪涌能力就越强。该参数通常与脉冲波形相关,常见的测试脉冲波形有 8/20μs 或 10/1000μs。例如,一个 TVS 二极管在 8/20μs 脉冲波形下,\(I_{PP}\)为 30A,表示它能够承受该波形下峰值为 30A 的瞬态电流冲击。在实际应用中,要根据电路可能遭遇的最大瞬态电流来选择合适\(I_{PP}\)值的 TVS 二极管,以确保其在最恶劣的情况下也能正常工作并保护电路。

漏电流(Leakage Current, \(I_{D}\))

漏电流是指在反向工作电压下,TVS 二极管中流过的微小电流。由于 TVS 二极管并非理想的绝缘体,即使在反向截止状态下,也会有少量电流通过。漏电流越小,TVS 二极管的功耗就越低,对电路正常工作的影响也就越小。在一些对功耗要求严格的电路中,如电池供电的便携式设备,低漏电流的 TVS 二极管尤为重要。漏电流通常在微安(μA)级别,例如某 TVS 二极管在反向工作电压下的漏电流为 1μA,这意味着在正常工作时,它对电路的能量消耗极小,不会显著影响电池寿命或电路的其他性能。

响应时间(Response Time)

响应时间是 TVS 二极管从检测到瞬态电压到开始动作并有效抑制电压的时间。TVS 二极管能够在极短的时间内做出响应,其响应时间通常在皮秒(ps)到纳秒(ns)级别,如 1×10⁻¹² 秒到 1×10⁻⁹秒之间。快速的响应时间使得 TVS 二极管能够及时对瞬态过电压做出反应,在电压尚未上升到足以损坏电路元件之前就将其抑制住,从而为电路提供可靠的保护。在高速电路和对电压变化敏感的电路中,响应时间是选择 TVS 二极管的重要考量因素,因为更短的响应时间能更好地适应这些电路对快速电压变化的要求。

功率等级(Power Rating)

功率等级即 TVS 二极管能够承受的最大瞬态功率,可通过公式\(P = V_{C}×I_{PP}\)计算得出。它反映了 TVS 二极管在瞬态过电压期间吸收和耗散能量的能力。功率等级通常以瓦(W)为单位,从几百瓦到几千瓦不等。例如,某 TVS 二极管的钳位电压为 20V,峰值脉冲电流为 50A,则其功率等级为\(20V×50A = 1000W\)。在实际应用中,必须确保 TVS 二极管的功率等级大于电路中可能出现的最大瞬态功率,以防止 TVS 二极管在承受瞬态过电压时因功率过载而损坏,从而保证其能够持续有效地保护电路。

电容(Capacitance, \(C\))

电容是 TVS 二极管在未导通时的寄生电容,由其雪崩结截面决定,通常在特定的 1MHz 频率下进行测量。电容的大小会对高速信号产生影响,电容越小,对信号的干扰就越小。在高速信号线路,如 USB、HDMI、MIPI 等接口电路中,需要选择低电容的 TVS 二极管,以避免电容对信号的衰减、失真等影响,确保信号的完整性和高速传输性能。例如,对于 USB 3.0 接口,其传输速率高达 5Gbps,此时就需要电容在几皮法(pF)以下的 TVS 二极管来进行静电放电等过电压保护,以保证数据的准确高速传输。不同封装形式和型号的 TVS 二极管电容值差异较大,从几皮法到几百皮法不等,在高速电路设计中需根据具体需求仔细选择。

封装形式(Package)

TVS 二极管的封装形式多种多样,主要分为表面贴装(SMD)和通孔插件(THT)两大类。常见的 SMD 封装有 SOD - 123、SMA、SMB、SMC 等;THT 封装有 DO - 214AA、DO - 214AB 等。封装形式不仅影响 TVS 二极管的安装方式,还与散热能力、占用空间等因素相关。例如,SOD - 123 封装尺寸小巧,适合在空间有限的电路板上使用,如手机、平板电脑等便携式设备的 PCB 设计;而 SMC 封装的 TVS 二极管,由于其散热面积较大,能承受更高的功率,常用于工业电源、通信设备等对散热要求较高的应用场景。在进行电路设计时,需根据 PCB 的布局、空间限制以及散热需求等因素,选择合适封装形式的 TVS 二极管。

极性(Polarity)

TVS 二极管按极性可分为单向和双向两种类型。单向 TVS 二极管仅能抑制正向或反向的瞬态电压,适用于直流电路,例如在手机电池充电电路中,单向 TVS 二极管可防止充电时可能出现的反向过电压对手机内部电路造成损坏。双向 TVS 二极管则能够同时抑制正向和反向的瞬态电压,适用于交流电路,如在家庭电器的电源输入端,双向 TVS 二极管可有效保护电器免受交流电源线上的正负浪涌电压冲击。在选择 TVS 二极管时,需根据电路的性质(直流或交流)来确定合适的极性。

温度范围(Temperature Range)

工作温度范围

工作温度范围是指 TVS 二极管能够正常工作的温度区间。一般来说,常见的 TVS 二极管工作温度范围为 - 55℃到 + 150℃。在这个温度范围内,TVS 二极管的各项性能参数能够保持在规定的范围内,确保其可靠地保护电路。例如,在汽车电子应用中,发动机舱内的温度变化较大,从寒冷的冬天到炎热的夏天,温度可能在 - 40℃到 + 125℃之间波动,这就需要选用工作温度范围能够覆盖该区间的 TVS 二极管,以保证在各种环境温度下汽车电子系统的稳定运行。

存储温度范围

存储温度范围是指 TVS 二极管在未通电状态下能够存储的温度区间,通常比工作温度范围略宽,典型值为 - 55℃到 + 175℃。即使 TVS 二极管未接入电路工作,在存储过程中如果环境温度超出其存储温度范围,也可能会对其性能产生影响,如导致材料老化、参数漂移等。因此,在存储 TVS 二极管时,应注意将其保存在规定的温度范围内,以确保其质量和性能不受损害,在后续使用时能够正常发挥保护作用。

其他参数

ESD 保护能力

ESD(静电放电)保护能力是指 TVS二极管能够承受的静电放电电压。随着电子设备的集成度越来越高,电路中的元器件对静电放电越来越敏感。TVS 二极管作为重要的 ESD 保护器件,其 ESD 保护能力至关重要。常见的 TVS 二极管 ESD 保护能力可达 ±15kV、±30kV 等。例如,在电子产品的组装和测试过程中,操作人员身上携带的静电可能会对电路板上的芯片等敏感元器件造成损害,通过在关键线路上安装具有足够 ESD 保护能力的 TVS 二极管,可以有效地将静电放电产生的高电压抑制在安全范围内,保护电路不受损坏。

浪涌保护能力

浪涌保护能力体现了 TVS 二极管能够承受的浪涌电流和能量。浪涌通常由雷击、电网开关操作等引起,会产生瞬间的高能量脉冲。TVS 二极管的浪涌保护能力通过其峰值脉冲电流、功率等级等参数综合体现。同时,其浪涌保护能力还需符合相关的测试标准,如 IEC 61000 - 4 - 5(浪涌抗扰度测试)。在电力系统、通信基站等容易遭受浪涌冲击的应用场景中,必须选用浪涌保护能力强且符合相关标准的 TVS 二极管,以确保设备在恶劣的电磁环境下能够稳定运行。

TVS二极管的参数众多且相互关联,在实际应用中,工程师需要根据电路的具体工作条件、被保护器件的特性以及可能面临的瞬态过电压情况等因素,综合考虑并选择合适参数的 TVS 二极管,以实现对电路的有效保护,提高电子设备的可靠性和稳定性。


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