?瞬變干擾抑制器反向工作時(shí)表現(xiàn)出PN結(jié)雪崩器件的特性
屬瞬變干擾抑制器的有氣體放電管、金屬氧化物壓敏電阻、硅瞬變吸收二極管和固體放電管等多種。其中金屬氧化物壓敏電阻和硅瞬變吸收二極管的工作有點(diǎn)象普通的穩(wěn)壓管,是箝位型的干擾吸收器件;而氣體放電管和固體放電管是能量轉(zhuǎn)移型干擾吸收器件(以氣體放電管為例,當(dāng)出現(xiàn)在放電管兩端的電壓超過放電管的著火電壓時(shí),管內(nèi)的氣體發(fā)生電離,在兩電極間產(chǎn)生電弧。由于電弧的壓降很低,使大部分瞬變能量得以轉(zhuǎn)移,從而保護(hù)設(shè)備免遭瞬變電壓破壞)。瞬變干擾抑制器與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)使用。
?瞬變干擾抑制器(TVS)的主要作用是保護(hù)電子設(shè)備免受瞬態(tài)電壓干擾,確保設(shè)備的正常運(yùn)行和元件的安全。?
瞬變干擾抑制器,也稱為瞬態(tài)電壓抑制器(TVS),其工作原理類似于普通二極管,但在反向工作時(shí)表現(xiàn)出PN結(jié)雪崩器件的特性。當(dāng)TVS二極管受到反向高能量沖擊時(shí),它能夠以極快的速度(亞納秒級)將其兩極間的阻抗由高變低,從而吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率,使兩極間的電壓穩(wěn)定在安全值,有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件,免受靜電、瞬態(tài)高壓等各種浪涌脈沖的損壞?12。
TVS廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中,如計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、汽車電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域。它主要用于保護(hù)電路免受瞬態(tài)電壓干擾,確保其他元件不受過電壓的損害。TVS具有響應(yīng)速度快、保護(hù)效果好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),適用于各種需要高精度和高可靠性的電子系統(tǒng)?。除了TVS,還有其他瞬態(tài)干擾抑制器件,如氣體放電管和金屬氧化物壓敏電阻。氣體放電管俗稱避雷管,具有高絕緣電阻和低寄生電容的特點(diǎn),但響應(yīng)速度較慢。金屬氧化物壓敏電阻則具有較高的浪涌承載能力,但響應(yīng)時(shí)間較慢且離散性大。這些器件各有優(yōu)缺點(diǎn),適用于不同的應(yīng)用場景?。
屬瞬變干擾抑制器的有氣體放電管、金屬氧化物壓敏電阻、硅瞬變吸收二極管和固體放電管等多種。其中金屬氧化物壓敏電阻和硅瞬變吸收二極管的工作有點(diǎn)象普通的穩(wěn)壓管,是箝位型的干擾吸收器件;而氣體放電管和固體放電管是能量轉(zhuǎn)移型干擾吸收器件(以氣體放電管為例,當(dāng)出現(xiàn)在放電管兩端的電壓超過放電管的著火電壓時(shí),管內(nèi)的氣體發(fā)生電離,在兩電極間產(chǎn)生電弧。由于電弧的壓降很低,使大部分瞬變能量得以轉(zhuǎn)移,從而保護(hù)設(shè)備免遭瞬變電壓破壞)。瞬變干擾抑制器與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)使用。
TVSS是美國對高端浪涌保護(hù)設(shè)備(High tier SPD)的簡稱, 美國TVSS與歐洲SPD相比最顯著特點(diǎn)是響應(yīng)快(即能應(yīng)對高頻脈沖); 能夠有效防護(hù)電磁脈沖對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的破壞性干擾和損害, 在美國主要用于(軍工, 超算, 銀行證券等高端服務(wù)器機(jī)房等)對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)抗高頻干擾有較高要求的場合; 作為美國領(lǐng)先的高科技產(chǎn)品, 列入美國出口管制的高科技產(chǎn)品范疇;隨著UL標(biāo)準(zhǔn)加快向IEC靠攏的趨勢, 為同IEC61643銜接, 最新版的UL1449修訂了前一版對TVSS的規(guī)范, 啟用美版的SPD名稱及修訂相應(yīng)的規(guī)范(如ITA942), 并增加了原TVSS的功能描述, 實(shí)質(zhì)相當(dāng)于把TVSS置于SPD的子類別, 因此對于美國IDC中的應(yīng)用, 仍然僅有美國公司的TVSS產(chǎn)品能夠滿足最新的UL及ITA標(biāo)準(zhǔn), 實(shí)質(zhì)是換湯不換藥;由于美版的TVSS指標(biāo)大幅領(lǐng)先于歐標(biāo)的SPD, 因此國內(nèi)測試機(jī)構(gòu)的測試設(shè)備難以按UL標(biāo)準(zhǔn)或國標(biāo)對TVSS進(jìn)行測試, TVSS在國內(nèi)不屬于CCC(強(qiáng)制性認(rèn)證)產(chǎn)品, 屬于CQC(自愿性認(rèn)證)分類;
瞬變電壓脈沖抑制器通常被應(yīng)用于電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等電子設(shè)備中。在這些設(shè)備中,瞬變電壓脈沖抑制器可以保護(hù)電子元器件,防止被瞬變電壓脈沖損壞或干擾。
總之,瞬變電壓脈沖抑制器是一種重要的電子保護(hù)裝置,它能夠有效地抑制瞬變電壓脈沖的影響,保證電子設(shè)備的正常運(yùn)行。通過本文的介紹,讀者可以更好地了解瞬變電壓脈沖的特點(diǎn)和產(chǎn)生原因,以及瞬變電壓脈沖抑制器的工作原理和應(yīng)用場景。
開關(guān)電源因效率高、體積緊湊及輸出穩(wěn)定性出色而受到廣泛關(guān)注。然而,其工作過程中的高頻率特性,特別是高di/dt和高dv/dt,導(dǎo)致了顯著的電磁干擾問題。隨著國內(nèi)3C認(rèn)證的推出,對開關(guān)電源在電磁兼容方面的要求也愈發(fā)嚴(yán)格。因此,如何降低乃至消除開關(guān)電源的電磁干擾(EMI)問題,已成為全球開關(guān)電源設(shè)計(jì)師和電磁兼容(EMC)設(shè)計(jì)師共同面臨的挑戰(zhàn)。
深入分析開關(guān)電源的干擾源,我們發(fā)現(xiàn),其核心問題在于工作過程中產(chǎn)生的高di/dt和高dv/dt。這些高頻率特性引發(fā)的浪涌電流和尖峰電壓,共同構(gòu)成了主要的干擾源。此外,工頻整流濾波的大電容充電放電、開關(guān)管高頻切換時(shí)的電壓變化,以及輸出整流二極管的反向恢復(fù)電流,也都對電磁兼容性構(gòu)成威脅。
開關(guān)電源中的電壓電流波形,如開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形和MOSFET漏源波形,大多呈現(xiàn)為接近矩形的周期波。這些矩形波的基波頻率與周期相關(guān),而由脈沖邊緣引起的頻率分量則與上升或下降時(shí)間有關(guān)。這些高頻信號不僅干擾了開關(guān)電源的基本信號,還對控制電路的信號造成了嚴(yán)重影響。
從噪聲源的角度來看,開關(guān)電源的電磁噪聲可分為兩大類:一類是外部噪聲,如電網(wǎng)傳輸?shù)墓材:筒钅T肼?,以及外部電磁輻射對開關(guān)電源控制電路的干擾;另一類則是開關(guān)電源自身產(chǎn)生的電磁噪聲,如開關(guān)管和整流管電流尖峰所引發(fā)的諧波及電磁輻射干擾。
在設(shè)計(jì)和優(yōu)化開關(guān)電源時(shí),必須充分考慮這些電磁干擾問題。一方面,要確保開關(guān)電源不會(huì)對電網(wǎng)和其他電子設(shè)備造成干擾;另一方面,也要加強(qiáng)其自身對電磁環(huán)境的適應(yīng)能力。通過深入理解和分析開關(guān)電源噪聲的產(chǎn)生原因和途徑,我們可以為設(shè)計(jì)出更符合電磁兼容要求的開關(guān)電源提供有力的理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。
開關(guān)電源中常見的噪聲類型。其中,電源線引入的電磁噪聲是一個(gè)重要問題。這類噪聲主要由電網(wǎng)中其他用電設(shè)備產(chǎn)生的電磁騷擾,通過電源線傳播而來。它主要分為兩大類:共模干擾和差模干擾。
共模干擾,簡而言之,就是任何載流導(dǎo)體與參考地之間出現(xiàn)的非期望電位差。而差模干擾,則是指任何兩個(gè)載流導(dǎo)體間的不期望電位差。這兩種干擾的等效電路,其中CP1代表變壓器初、次級間的分布電容,而CP2則是開關(guān)電源與散熱器間的分布電容,即開關(guān)管集電極與地之間的分布電容。