TVS管保護(hù)器件免受高壓瞬變損害

關(guān)于過電壓抑制

瞬變威脅—什么是瞬變?

電壓瞬變的定義是電能的短時(shí)激增，它們是先前存儲(chǔ)的電能或者通過其他方式(比如大電感負(fù)載或雷電)引入的電能的突然釋放的結(jié)果。在電氣或電子電路中，這種能量可以通過控制開關(guān)動(dòng)作，或通過隨機(jī)誘導(dǎo)來從外源的電路中以一種可預(yù)測的方式得到釋放。

重復(fù)性瞬變常常歸因于電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)或者反應(yīng)性電路原件的切換。而另一方面，隨機(jī)瞬變通常是由閃電和靜電放電(ESD)引起的。閃電和ESD的發(fā)生一般是不可預(yù)知的，并可能需要對精細(xì)監(jiān)測進(jìn)行精確的測算，特別是當(dāng)瞬變在電路板層面上誘發(fā)的情況下。許多電子標(biāo)準(zhǔn)工作組使用公認(rèn)的檢測或測試方法已經(jīng)對瞬變電壓進(jìn)行了分析。幾種瞬變的關(guān)鍵特性如下表所示：

表1：瞬變來源舉例以及強(qiáng)度。

瞬變電壓尖峰的特性

瞬變電壓尖峰通常呈現(xiàn)出一個(gè)“雙指數(shù)”波動(dòng)。對于閃電和ESD這兩種瞬變源，這種波動(dòng)如下圖所示。

圖1：閃電瞬變波形。

圖2：ESD測試波形。

雷擊的指數(shù)上升時(shí)間范圍在1.2μsec到10_sec之間(基本上是10%到90%)，持續(xù)時(shí)間在50_sec到1000_sec之間(峰值的50%)。另一方面，ESD是一種持續(xù)時(shí)間更短的事件。上升時(shí)間少于1.0ns也是典型特點(diǎn)。整個(gè)持續(xù)時(shí)間大約為100ns。

為什么瞬變愈發(fā)令人擔(dān)憂?

元件小型化導(dǎo)致對電應(yīng)力的敏感性增加。例如，微處理器具有無法應(yīng)對ESD引起的高電流的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電路徑。此類元件在非常低的電壓環(huán)境下工作，因此電壓干擾必須加以控制，以防止設(shè)備中斷以及潛在的或?yàn)?zāi)難性故障。

如今，敏感的微處理器在范圍廣泛的器件中得到普遍應(yīng)用。從家用電器，如洗碗機(jī)，到工業(yè)控制，甚至玩具中都會(huì)使用微處理器來提高功能性和效率。

現(xiàn)在大多數(shù)車輛也會(huì)采用多個(gè)電子系統(tǒng)來控制發(fā)動(dòng)機(jī)、車內(nèi)溫度、剎車，或者在某些情況下，控制轉(zhuǎn)向、牽引系統(tǒng)和安全系統(tǒng)。

許多電器和汽車內(nèi)的子組件或支持組件(如電動(dòng)馬達(dá)或附件)都會(huì)將整個(gè)系統(tǒng)暴露在瞬變威脅之下。

精心的電路設(shè)計(jì)不僅要考慮環(huán)境場景，還要計(jì)入這些相關(guān)組件的潛在影響。表2列出了各種組件技術(shù)的易損性。

表2：器件易損性的范圍。

瞬變電壓情境

靜電放電(ESD)

靜電放電的特點(diǎn)是非?？焖俚纳仙龝r(shí)間、非常高的峰值電壓和電流。這種能量是物體之間正負(fù)電荷不平衡的結(jié)果。

日?；顒?dòng)所產(chǎn)生的靜電放電會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體技術(shù)的易損性閾值。以下是幾個(gè)例子：

● 走過地毯：

35kV @ RH = 20%; 1.5kV @ RH = 65%

● 走過塑料地面：

12kV @ RH = 20%; 250V @ RH = 65%

● 工人在工作臺(tái)上工作：

6kV @ RH = 20%; 100V @ RH = 65%

● 乙烯信封：

7kV @ RH = 20%; 600V @ RH = 65%

● 從辦公桌上拿起塑料袋：

20kV @ RH = 20%; 1.2kV @ RH = 65%