TVS管保護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激增，它們是先前存儲的電能或者通過其他方式(比如大電感負載或雷電)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)動作，或通過隨機誘導(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機、發(fā)電機或者反應(yīng)性電路原件的切換。而另一方面，隨機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，并可能需要對精細監(jiān)測進行精確的測算，特別是當瞬變在電路板層面上誘發(fā)的情況下。許多電子標準工作組使用公認的檢測或測試方法已經(jīng)對瞬變電壓進行了分析。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度。

瞬變電壓尖峰的特性

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

圖1：閃電瞬變波形。

圖2：ESD測試波形。

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

為什么瞬變愈發(fā)令人擔憂?

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災(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，到工業(yè)控制，甚至玩具中都會使用微處理器來提高功能性和效率。

現(xiàn)在大多數(shù)車輛也會采用多個電子系統(tǒng)來控制發(fā)動機、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(如電動馬達或附件)都會將整個系統(tǒng)暴露在瞬變威脅之下。

精心的電路設(shè)計不僅要考慮環(huán)境場景，還要計入這些相關(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)

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

日?；顒铀a(chǎn)生的靜電放電會遠遠超過標準半導(dǎo)體技術(shù)的易損性閾值。以下是幾個例子：

● 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%