快恢復(fù)二極管和TVS管-快恢復(fù)二極管和TVS管的區(qū)別、選型及特點(diǎn)介紹-KIA MOS管
信息來源:本站 日期:2018-07-11
快恢復(fù)二極管(簡稱FRD)是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時間短特點(diǎn)的半導(dǎo)體二極管,主要應(yīng)用于開關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中,作為高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用。 快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同,它屬于PIN結(jié)型二極管,即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I,構(gòu)成PIN硅片。因基區(qū)很薄,反向恢復(fù)電荷很小,所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時間較短,正向壓降較低,反向擊穿電壓(耐壓值)較高。
快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通二極管不同,它是在P型、N型硅材料中間增加了基區(qū)I,構(gòu)成P-I-N硅片。由于基區(qū)很薄,反向恢復(fù)電荷很小,不僅大大減小了trr值,還降低了瞬態(tài)正向壓降,使管子能承受很高的反向工作電壓??旎謴?fù)二極管的反向恢復(fù)時間一般為幾百納秒,正向壓降約為0.6V,正向電流是幾安培至幾千安培,反向峰值電壓可達(dá)幾百到幾千伏。超快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)電荷進(jìn)一步減小,使其trr可低至幾十納秒。20A以下的快恢復(fù)及超快恢復(fù)二極管大多采用TO-220封裝形式。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看,可分成單管、對管(亦稱雙管)兩種。對管內(nèi)部包含兩只快恢復(fù)二極管,根據(jù)兩只二極管接法的不同,又有共陰對管、共陽對管之分。圖2(a)是C20-04型快恢復(fù)二極管(單管)的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。(b)圖和(c)圖分別是C92-02型(共陰對管)、MUR1680A型(共陽對管)超快恢復(fù)二極管的外形與構(gòu)造。它們均采用TO-220塑料封裝,幾十安的快恢復(fù)二極管一般采用TO-3P金屬殼封裝。更大容量(幾百安~幾千安)的管子則采用螺栓型或平板型封裝形式。
(1)有些單管,共三個引腳,中間的為空腳,一般在出廠時剪掉,但也有不剪的。
(2)若對管中有一只管子損壞,則可作為單管使用。
(3)測正向?qū)▔航禃r,必須使用R×1檔。若用R×1k檔,因測試電流太小,遠(yuǎn)低于管子的正常工作電流,故測出的VF值將明顯偏低。在上面例子中,如果選擇R×1k檔測量,正向電阻就等于2.2kΩ,此時n′=9格。由此計算出的VF值僅0.27V,遠(yuǎn)低于正常值(0.6V)。
Part Number |
IF(A) |
VRM(v) |
VF@IF(V) |
TRR(note1)(ns) |
Package |
KIA04TB60 |
4 |
600 |
1.3 |
35 |
TO-92、252 |
KIA05TB40 |
5 |
400 |
1.3 |
50 |
TO-252 |
KIA05TB60 |
5 |
600 |
1.3 |
35 |
TO-92、252 |
KIA06TB60D |
6 |
600 |
1.65 |
25 |
TO-252 |
KIA06TB60B |
8 |
600 |
2.2 |
30 |
TO-220、252、263 |
KIA08TB70D |
8 |
700 |
1.7 |
25 |
TO-220、252、263 |
KIA10TB60 |
10 |
600 |
1.4 |
30 |
TO-220 |
KIA15TB60 |
15 |
600 |
1.3 |
30 |
TO-220 |
KAI18TB40 |
18 |
400 |
1.1 |
30 |
TO-220 |
KIA20TB40 |
20 |
400 |
1.6 |
20 |
TO-220 |
KIA30TB40D |
30 |
400 |
1.5 |
27 |
TO-3P-2 |
KIA30TB20 |
30 |
200 |
0.95 |
30 |
TO-3P |
KIA30TB60 |
30 |
600 |
1.5 |
30 |
TO-247 |
KIA40TB40 |
40 |
400 |
1 |
30 |
TO-247 |
KIA60TB20 |
60 |
200 |
1.1 |
22 |
TO-3P |
KIA60TB30 |
60 |
300 |
1.8 |
22 |
TO-3P |
KIA60TB60 |
60 |
600 |
1.3 |
40 |
TO-247 |
KIA60TB170 |
60 |
1700 |
2.7 |
150 |
TO-247 |
KIA75TB120 |
75 |
1200 |
2.1 |
150 |
TO-247 |
KIA100TB120 |
100 |
1200 |
2.5 |
150 |
TO-247 |
TVS(TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR)或稱瞬變電壓抑制二極管是在穩(wěn)壓管工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新產(chǎn)品,其電路符號和普通穩(wěn)壓二極管相同,外形也與普通二極管無異,當(dāng)TVS管兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時,它能以極高的速度(最高達(dá)1*10^-12秒)使其阻抗驟然降低,同時吸收一個大電流,將其兩端間的電壓箝位在一個預(yù)定的數(shù)值上,從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。 TVS的反應(yīng)速度比RC回路快10E-12s,可不用考慮TVS的擊穿電壓VBR,反向臨界電壓VWM,最大峰值脈沖電流IPP和最大箝位電壓VC及峰值脈沖功率PP. 選擇VWM等于或大于電路工作電壓,VC為小于保護(hù)器件的耐壓值,能測量最好(IPP),或估計出脈沖的功率,選功率較大的TVS。
最大反向漏電流ID和額定反向關(guān)斷電壓VWM。VWM是TVS最大連續(xù)工作的直流或脈沖電壓,當(dāng)這個反向電壓加入TVS的兩極間時,它處于反向關(guān)斷狀態(tài),流過它的電流應(yīng)小于或等于其最大反向漏電流ID。
最小擊穿電壓VBR和擊穿電流IR。VBR是TVS最小的雪崩電壓。25℃時,在這個電壓之前,TVS是不導(dǎo)通的。當(dāng)TVS 流過規(guī)定的1mA電流(IR)時,加入TVS兩極間的電壓為其最小擊穿電壓VBR。按TVS的VBR與標(biāo)準(zhǔn)值的離散程度,可把TVS分為±5%VBR和±10% VBR兩種。對于±5%VBR來說,VWM=0.85VBR;對于±10% VBR來說,VWM=0.81 VBR。
最大箝位電壓VC和最大峰值脈沖電流。IPP當(dāng)持續(xù)時間為20微秒的脈沖峰值電流IPP流過TVS時,在其兩極間出現(xiàn)的最大峰值電壓為VC。它是串聯(lián)電阻上和因溫度系數(shù)兩者電壓上升的組合。VC 、IPP反映了TVS器件的浪涌抑制能力。VC與VBR之比稱為箝位因子,一般在1.2~1.4之間。電容量C 是TVS雪崩結(jié)截面決定的、在特定的1MHZ頻率下測得的。C的大小與TVS的電流承受能力成正比,C過大將使信號衰減。因此,C是數(shù)據(jù)接口電路選用TVS的重要參數(shù)。
最大峰值脈沖功耗PMPM是TVS能承受的最大峰值脈沖耗散功率。其規(guī)定的試驗(yàn)脈沖波形和各種TVS的PM值,請查閱有關(guān)產(chǎn)品手冊。在給定的最大箝位電壓下,功耗PM越大,其浪涌電流的承受能力越大;在給定的功耗PM下,箝位電壓VC越低,其浪涌電流的承受能力越大。另外,峰值脈沖功耗還與脈沖波形、持續(xù)時間和環(huán)境溫度有關(guān)。而且TVS所能承受的瞬態(tài)脈沖是不重復(fù)的,器件規(guī)定的脈沖重復(fù)頻率(持續(xù)時間與間歇時間之比)為0.01%,如果電路內(nèi)出現(xiàn)重復(fù)性脈沖,應(yīng)考慮脈沖功率的“累積”,有可能使TVS損壞。箝位時間TCTC是從零到最小擊穿電壓VBR的時間。對單極性TVS小于1&TImes;10-12秒;對雙極性TVS小于是1&TImes;10-11 秒。
(1)TVS管在TN電源系統(tǒng)的應(yīng)用
雷電過電壓波、負(fù)載開關(guān)等人為操作錯誤引起的過電壓容易通過供電線路侵入電氣電子設(shè)備內(nèi)部,造 成電氣電子設(shè)備失效、誤動作,甚至造成設(shè)備的永久性損壞,造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。通過在電源線路上安裝浪涌吸收裝置MOV和TVS,實(shí)施兩級保護(hù),并對L、N 線進(jìn)行共模、差模保護(hù)。具體做法是在線路的前端安裝MOV作為第一級SPD保護(hù),泄放大部分雷電流,在線路的末端(設(shè)備前端)安裝大功率TVS管作為第二 級SPD保護(hù),進(jìn)一步削弱過電壓波幅值,將電網(wǎng)電壓降至E/I安全耐壓范圍之內(nèi)。要注意的是,MOV與TVS應(yīng)達(dá)到電壓和能量的協(xié)調(diào)與配合,AB之間的線 路長度不應(yīng)小于5 m,否則應(yīng)增加線路長度或安裝退耦器件。
(2)TVS管在網(wǎng)絡(luò)信號線路的應(yīng)用
TVS管不僅可以用于電源系統(tǒng)的浪涌防護(hù),還可以用于信號線路的浪涌保護(hù),采用氣體放電管GDT與TVS管組合成信號浪涌保護(hù)器,其特點(diǎn)是反應(yīng)快,漏流小,幾乎對信號無損耗,可以對高速網(wǎng)絡(luò)線路提供安全、可靠的保護(hù)。
(3)TVS管在直流電源系統(tǒng)的應(yīng)用
一臺普通PC電腦的供電電源電路,市電AC 220 V經(jīng)過變壓器降壓至AC 20 V,再經(jīng)調(diào)制整流電路,輸出DC 10 V 直流電源,接入負(fù)載。通過在變壓器輸出端安裝雙向瞬態(tài)電壓抑制器TVS1,吸收L 及N 線的瞬時沖擊脈沖電流,將電路電壓箝制在安全電壓水平,TVS1可以保護(hù)變壓器后端整流器及其他電路元器件。在整流器后的直流電源輸出端安裝單向瞬態(tài)電壓 抑制器TVS2,用于保護(hù)直流負(fù)載免受過電壓電電流沖擊。
(4)TVS管在晶體管電路的應(yīng)用
晶體三極管作為電流控制型器 件,是電子集成電路中的重要組成部分,可分為NPN 管和PNP 管兩類,應(yīng)用于開關(guān)電路、放大電路和穩(wěn)壓電路。為了使晶體管電路免受ESD/EFT(靜電放電/電快速瞬變脈沖群)等浪涌電壓的干擾,在電路的輸入 端和輸出端分別加入TVS1、TVS2進(jìn)行保護(hù)。
快恢復(fù)二極管和tvs管不可以是兩個完全不同性質(zhì)的元件,絕對不可以互換。TVS是瞬間過壓保護(hù)元件,無法承受工頻電流,只能用在瞬間過壓保護(hù)電路中。快恢復(fù)二極管用在高頻等電路整流濾波的地方,壓降小,速度快,發(fā)熱量也小,比如開關(guān)電源電路中等。瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)是用來消除電壓尖脈沖的,保護(hù)電路用的,比如接在數(shù)據(jù)接口用來防雷擊,電壓波動等。
TVS常用作電壓鉗位與穩(wěn)壓二極管一樣用,只不過其能承受的瞬間功率非常大,如1.5KE200可以承受瞬間1.5KW的功率,原理上應(yīng)該是工作于擠納擊穿;(超)快速恢復(fù)管講的是二極管工作時電子空穴的恢復(fù)快慢,一般工作于正象偏壓,經(jīng)常應(yīng)用于開關(guān)電源整流等高頻信號場合,如FR107,4148,F(xiàn)4007等都是快速恢復(fù)管(一般情況下反向恢復(fù)時間都不超過150ns;4148又叫做開關(guān)二極管,只因?yàn)樗姆聪蚧謴?fù)時間很端——只有4ns);另在開關(guān)電源整流中還有一種最常用的,叫做“稍特基管”的二極管,此類管子不存在電子空穴的問題,也不存在反向恢復(fù)時間。
TVS型二極管和快恢復(fù)二極管在電路中都是用來作穩(wěn)壓用,但工作機(jī)理不同。 TVS型二極管是一種壓敏二極管,是根據(jù)它的端電壓的變化來改變它的電阻值達(dá)到穩(wěn)壓作用??旎謴?fù)二極管是一種齊納二極管,即“雪崩”二極管,當(dāng)它的端電壓超過它的閥值時,PN結(jié)擊穿來改變它的反向電阻來達(dá)到穩(wěn)壓作用。兩者的工作機(jī)理完全不同,接法也不同,在電路中不能直接代換。
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