瞬变二极管是一种二极 管形式的高效能保护器件。当瞬变二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时,它能以10的负12次方秒量级的速度,将其两极间的高阻抗变为低阻抗,吸收高达数千瓦的 浪涌功率,使两极间的电压箝位于一个预定值,有效地保护电子线路中的精密元器件,免受各种浪涌脉冲的损坏。
由于瞬变二极管具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差 、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、交/直流电源、汽车、电子镇流器、家用电器、仪器仪表 (电度表)RS232/422/423/485、I/O、LAN、ISDN、ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、数字照相机的保护、共模/差模保护、RF 耦合/IC 驱动接收保护、电机电磁波干扰抑制、声频/视频输入、传感器/变速器、工控回路、继电器、接触器噪音的抑制等各个领域。
1、将瞬变二极管加在信号及电源线上,能防止微处理器或单片机因瞬间的脉冲,如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。
2、静电放电效应能释放超过10000V、60A 以上的脉冲,并能持续10ms;而一般的TTL 器件,遇到超过30ms 的10V脉冲时,便会导至损坏。利用瞬变二极管,可有效吸收会造成器件损坏的脉冲,并能消除由总线之间开关所引起的干扰(Crosstalk)。
3、将瞬变二极管放置在信号线及接地间,能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响。
1、瞬变二极管的特性曲线
瞬变二极管 的电路符号与普通稳压二极管相同。它的正向特性与普通二极管相同;反向特性为典型的PN 结雪崩器件。
在瞬态峰值脉冲电流作用下,流过瞬变二极管 的电流,由原来的反向漏电流ID上升到IR 时,其两极呈现的电压由额定反向关断电压VWM 上升到击穿电压VBR,瞬变二极管 被击穿。随着峰值脉冲电流的出现,流过瞬变二极管 的电流达到峰值脉冲电流IPP。在其两极的电压被箝位到预定的箝位电压以下。尔后,随着脉冲电流按指数衰减,瞬变二极管 两极的电压也不断下降,恢复到起始状态。这就是瞬变二极管 抑制可能出现的浪涌脉冲功率,保护电子元器件的整个过程。
2、瞬变二极管的特性参数
①反向漏电流ID和额定反向关断电压VWM。
VWM 是瞬变二极管 连续工作的直流或脉冲电压,当这个反向电压加入瞬变二极管 的两极间时,它处于反向关断状态,流过它的电流应小于或等于其反向漏电流 ID。
②最小击穿电压VBR和击穿电流IR
VBR 是瞬变二极管 最小的雪崩电压。25℃时,在这个电压之前,瞬变二极管 是不导通的。当瞬变二极管 流过规定的1mA 电流(IR)时,加入瞬变二极管 两极间的电压为其最 击穿电压VBR。按瞬变二极管 的VBR 与标准值的离散程度,可把瞬变二极管 分为±5[%]VBR和平共处±10[%]VBR 两种。对于±5[%]VBR来说,VWM=0.85VBR;对于±10[%]VBR 来说,VWM=0.81 VBR。
③箝拉电压VC和峰值脉冲电流IPP
当持续时间为20微秒的脉冲峰值电流IPP 流过瞬变二极管 时,在其两极间出现的峰值电压为VC。它是串联电阻上和因温度系数两者电压上升的组合。VC 、IPP反映 瞬变二极管 器件的浪涌抑制能力。VC 与VBR 之比称为箝位因子,一般在1.2~1.4之间。
④电容量C
电容量C 是瞬变二极管 雪崩结截面决定的、在特定的1MHZ频率下测得的。C 的大与瞬变二极管 的电流承受能力成正比,C 过大将使信号衰减。因此,C 是数据接口电路选用瞬变二极管 的重要参数。
⑤峰值脉冲功耗PM
PM 是瞬变二极管 能承受的峰值脉冲耗散功率。其规定的试验脉冲波形和各种瞬变二极管 的PM 值,请查阅有关产品手册。在给定的箝位电压下,功耗PM 越大,其浪涌电流的承受能力越大;在给定的功耗PM 下,箝位电压VC 越低,其浪涌电流的承受能力越大。另外,峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且瞬变二极管 所能承受的瞬态脉冲是不重复的,器件规定的脉冲重复频率(持续时间与间歇时间之比)为0.01[%],如果电路内出现重复性脉冲,应考虑脉冲功率的“累积”,有可能使瞬变二极管 损坏。
⑥箝位时间TC
TC 是瞬变二极管两端电压从零到最小击穿电压VBR 的时间。对单极性瞬变二极管 于1×10-12秒;对双极性瞬变二极管 于是1×10-11 秒。
1、确定被保护电路的直流或连续工作电压、电路的额定标准电压和“高端”容限。
2、瞬变二极管额定反向关断VWM 应大于或等于被保护电路的工作电压。若选用的VWM 太低,器件可能进入雪崩或因反向漏电流太大影响电路的正常工作。串行连接分电压,并行连接分电流。
3、 瞬变二极管的箝位电压VC 应小于被保护电路的损坏电压。
4、在规定的脉冲持续时间内,瞬变二极管 的峰值脉冲功耗PM 必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。在确定 箝位电压后,其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。
5、对于数据接口电路的保护,还必须注意选取具有合适电容C 的瞬变二极管器件。
6、根据用途选用瞬变二极管 的极性及封装结构。交流电路选用双极性瞬变二极管较为合理;多线保护选用瞬变二极管 阵列更为有利。
7、温度考虑。瞬态电压抑制器可以在-55~+150℃之间工作。如果需要瞬变二极管在一个变化的温度 工作,由于其反向漏电流ID是随增加而增大;功耗随瞬变二极管结温增加而下降,从+25℃到+175℃,大约线性下降50%雨击穿电压VBR 随温度的增加按一定的系数增加。因此,必须查阅有关产品资料,考虑温度变化对其特性的影响。