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电子元器件基础知识

杭州东沃电子为您讲述有关于二极管,放电管,自恢复保险丝,压敏电阻,ESD等知识。

 
 
 

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瞬态抑制二极管TVS用于保护汽车电子产品  

2017-04-05 08:48:59|  分类: TVS管 |  标签: |举报 |字号 订阅

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       在设计汽车的过程中,一个主要的难题是例如控制单元、传感器、信息娱乐系统等保护电子设备,免遭出现在电源在线的有害浪涌、电压瞬态、ESD和噪声 的损害。瞬态电压抑制器TVS管是用于保护汽车电子产品的理想方案,有些参数对这些应用来说非常重要,包括功率等级、关态电压、击穿电压、最大击穿电压。 下面介绍的是这些参数的定义。

  TVS管的功率等级是在一定测试或应用条件下吸收浪涌的能力。10 μs/1000 μs脉冲波形(Bellcore 1089标准)的行业标准测试条件如图1所示。这个测试条件不同于TVS瞬态电压吸收能力的测试条件,吸收能力的测试采用8 μs/20 μs脉冲波形。

  击穿电压是器件进入雪崩击穿的电压,采用数据表上的特定电流条件下进行测试。

  在一定的峰值脉冲电流等级下,TVS上会出现钳位电压。TVS的击穿电压是在非常低的电流下测得的,例如1mA或10mA,不同于应用条件下的实际雪崩电压。因此,半导体制造商标注的典型或最大击穿电压对应的是大电流。

   关态工作电压(VWM):工作时的关态反向电压。关态电压指的是 TVS在未击穿情况下所能承受的最高电压,是电路中在正常情况下不工作的保护器件的重要参数。在汽车里面,一些汽车电子产品的法规是根据“跳启动保护”的 情况制定的。这种情况下,要求为12V的电子设备提供10分钟的23VDC电源,用36VDC电源给24VDC电子设备供电10分钟,不会损坏电路或引起 误操作。因此,关态电压是用在汽车电子产品中的TVS管的关键参数。

  汽车电源线(甩负荷)的初次保护。电子控制单元、传感器和信息娱乐 系统等汽车电子设备是连到电源在线的。这些电子产品的电源是电池和发电机,这两种电源的输出电压不稳定,易受温度、工作状态和其他条件的影响。此外,使用 电磁线圈负载的汽车系统,例如燃油喷嘴、阀门、电动机,电子和混合控制器,会把ESD、尖峰噪声和其他类型的瞬态和浪涌电压引入到电源和信号在线。

   什么是甩负荷?当引擎开始工作,电池从电源在线断开,发电机继续为汽车的电源线输出电流,这是产生浪涌电压的最糟糕的情况。这种情况就是所说的“甩负 荷”,大多数汽车制造商和行业协会都会针对这种甩负荷状态,制定最高电压、线路阻抗,和这种甩负荷状态的持续时间,如图5所示。甩负荷的源阻抗高于正常条 件下瞬态测试时的阻抗,因为电池已经断开,只有发电机在向外输出电能,这时发电机的内部线圈的作用就象一个限流电阻。一些汽车制造商在ISO- 7637-2 Pulse 5基础上,针对甩负荷测试采用了不同的条件。可以用下面的等式估算甩负荷TVS的峰值钳位电流。

  峰值钳位电流的计算公式

  IPP= (Vin– VC) ? Ri

  IPP: 峰值钳位电流

  Vin: 输入电压

  VC: 钳位电压

  Ri: 线路阻抗

   针对负电压瞬态和反向电源电压的保护,用于汽车电子初次保护的甩负荷TVS有两类:外延型和非外延型。在反向偏置模式下,这两个产品组有相近的工作击穿 特性。不同之处在于,外延性TVS在正向模式下具有低正向压降(VF)特性,非外延型TVS在同样条件下的VF相对高一些。这个特性对连到电源在线的负电 压源很重要。大多数CMOS IC和LSI在反向电压特性都非常差。

   MOSFET的栅极在-1V或更低的反向电压下也很脆弱。在反向电源输入模式中,电源线的电压域TVS VF的电压相同。这种反向偏置模式会引起电子线路的故障。EPI PAR TVS管的低正向压降能够很好地解决这个问题。保护电路免受反向电源输入损害的另一个方法是在电源线中放一个极性保护整流器,如图8所示。极性保护整流器 应该有足够的正向电流等级,以及正向浪涌和反向电压性能。


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