浪涌电流
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浪涌电流范文第1篇
交错引脚法
交错引脚法是目前最常用到的热插拔浪涌电流控制技术之一,有的工程师也习惯性的将其称为“预充电引脚法”。可以说,这种方法是最基本的热插拔浪涌电流控制 方案,从物理结构上引入一长、一短两组交错电源引脚,在长电源引脚上串联了一个预充电电阻,以此起到控制作用。当板卡插入背板时,长电源引脚首先接触到电 源,通过预充电电阻为插入板卡负载电容充电,并进行滤波和充电电流限制,板卡将要完全插入时,短电源引脚接入电源,从而旁路连接在长电源引脚的预充电电 阻,为插入板卡供电提供一个低阻通道,信号引脚在插入板卡的最后时刻接入。板卡从背板拔出时,控制过程正好相反,长电源引脚最后与背板分离,通过预充电电 阻为板卡负载电容放电。
然而,这种最基础的热插拔浪涌电流控制方法,也同样具有较大的弊端。在实际的应用过程中,交错引脚法不能控制负载电容的充电速率,除此之外,预充电电阻的 选择必须权衡预充电流和浪涌电流,如果电阻选择不合理,会影响系统工作。交错引脚方案需要一个特殊的连接器,这将会给选型设计带来一定的困难。
热敏电阻法
浪涌电流范文第2篇
关键词:DCDC转换器;软启动;浪涌电流;过冲电压
1引言
伴随着便携式设备的广泛应用,DC/DC转换器凭借其高效率、大输出电流、低静态电流的特点而迅速发展。传统的DC/DC开关电源在上电过程中,输出电压从零上升到最大值。由于负反馈的作用,功率管的PWM控制信号的占空比从最大值开始变化,逐渐减小,直到电路稳定。由于电路中输出滤波电容的存在,对电容充电容易产生浪涌电流,此时通过功率管的电流可以达到很大,容易损毁电路系统。为了在启动过程中防止大的浪涌电流对电路系统的损坏,在电路启动过程中需要对电流进行限制,即需要在开关电源芯片中加入软启动电路。
软启动电路是用来控制电源输入电压上升过程中PWM脉冲波形的占空比从最小值逐渐变化到正常工作时所需要的值,从而控制输出电压逐步变化。由于占空比是从最小值开始逐渐变化,不会使功率管在较长时间一直导通,从而避免了浪涌电流的产生,保证了电路系统的可靠性[1]。
在目前应用的开关电源软启动电路中主要有以下几种:一种是采用电容和电阻,利用电容充电时电压指数上升的特性来控制电压上升过程。这种软启动电路需要加入充电用的恒流电流和外部电容,而且需要的电容值较大,不容易集成到芯片内部;另一种是采用微控制器来控制启动过程的纯数字控制[2]。虽然这种软启动电路能够集成到芯片内部,但是由于需要另外的微控制器控制且需要在电源电路部分上电前就已经开始工作,对于一般用途的开关电源,此类软启动电路过于复杂,且成本也太高。
为了避免以上缺点,设计了一款新型的软启动电路,介绍了新型软启动电路的工作原理,给出了主体电路设计和电路的仿真波形。
2系统设计
后沿调制的电流反馈模式控制的PWM型的buck DC/DC转换器的典型结构如图1所示,它包括电阻反馈网络、误差放大器/补偿网络、PWM比较器、电流检测电路、SR所存器和驱动电路。其中电阻反馈网络采样输出电压值,误差放大器对采样的电压值与基准电压值的差进行放大,误差放大器的输出与检测到的电流值转换成的电压值进行比较,调节输出脉冲的占空比,从而调节输出电压。从上述DC/DC工作原理可以看到,转换器存在两个反馈环路,分别为电压环和电流环,其中电流环反馈是在电压环反馈的基础上增加所得,此时电感电流不再是一个独立的量,而且使闭环系统成为一个一阶无条件稳定系统。因此电流型反馈控制模式具有比电压反馈控制模式大得多的带宽。
在电路启动的瞬间,输出电容彻底放电,导致输入误差放大器的电压过低,误差放大器不是处于平衡状态,而这种情况会引起电感电流超过它的平衡值,产生所谓的浪涌电流。由于电感电流不能突变,所以这个电流会在高于平衡值上维持一小段时间,这会导致输出电压迅速上升,并且超过正常值,产生电压过冲的情况。浪涌电流和过冲电压会导致电子器件的损坏。所以,在启动过程中,为了防止大的浪涌电流和过冲电压对器件的损坏,必须采用一个软启动电路,使电路从零状态到正常使用状态的过程中,控制输入PWM比较器的电压按台阶逐步增加。
图2是本文描述的软启动电路示意图,其中comp为PWM比较器,比较器的负输入端的信号Vcs为电感电流检测电路的输出信号,正输入端的信号Vea为误差放大器的输出信号,Vst为软启动电路控制信号;电流Is为检测到的电感电流,此电流经过电阻Rs转换成电压Vcs;Clamp模块为钳位电路;分频器输出为两位控制信号,控制钳位电路的输出电压值,其输出波形如图3所示。整个电路的工作原理为:电路上电中,由于输出电压此时为零,所以反馈电压Vfb也为零,则此时误差放大器输出Vea为高电压,Vea此时对PWM比较器来说不起作用,PWM比较器的正输入端信号由软启动电路的输出信号Vst控制。电感电流检测电路检测电感电流并流过电阻Rs转换成电压Vcs,此时Vcs的大小由Vst控制,即Vcs的值不能超过Vst,否则比较器翻转,关闭开关管,进而限制了电流,达到软启动的效果。当输出电压达到稳定值时,此时PWM比较器的正输入端由误差放大器的输出决定,此时软启动电路的输出Vst对PWM比较器不起作用。具体波形如图4所示,图中只画出两个台阶,可以看到PWM比较器的输出占空比慢慢变大,实现了软启动的功能。
3电路设计
3.1 钳位电路CLAMP 模块
图5为CLAMP的结构示意图,其中I为基准电流源,VA和VB分别是分频信号,分频信号的变化对应的输出电压的关系如下所示:
当VA=1,VB=1时,Vst=I*R;
当VA=1,VB=0时,Vst=I*2R;
当VA=0,VB=1时,Vst=I*3R;
当VA=0,VB=0时,Vst=I*4R;
由上面可以看到,输出电压Vst按阶梯上升。
当VAVB = 00时,此时Vst电压的大小要大于误差放大器的误差信号Vea,以保证软启动工作完毕,电路进入闭环状态。
图6为软启动过程中的关键控制信号的波形图。VA和VB分别是时钟信号clk的4096分频和2048分频。软启动电路的输出电压Vst的阶梯性升高。
3.2 数字分频器
图7所示为分频计数模块,包括分频器、两输入或非门、反相器。其中分频器由n个T触发器构成,n由所设计的电路的输出电压来确定,下面以n = 12来说明其结构。
12个T触发器的清零信号接上电复位模块的输出信号经过反相之后的信号,时钟信号clk接第一级T触发器的时钟端,T触发器的Q输出端接下一级T触发器的时钟端,按此接法,12个T触发器串接成分频器,最后两个T触发器的输出端分别为VA和VB,分别是时钟信号clk的2048分频和4096分频。分频信号VA和VB的变化过程分别为11,10,01,00。当跳变为00时,此时选通时钟信号的选通信号变为高电平,屏蔽了时钟信号clk,分频结束。其波形如图7所示。
3.3 PWM 比较器
图8为比较器的结构示意图,软启动开始时,由于此时输出电压很低,误差放大器的输出误差信号电平很高,即Vea>>Vst,流过M2管的电流很小,可以忽略[3]。随着Vst阶梯性变大,输出电压也阶梯性升高,误差放大器的输出也慢慢降低。当软启动完毕,误差放大器的输出误差信号Vea起主要作用,而软启动电路的输出电压Vst已大于软启动之初的误差信号Vea,即此时流过M3的电流可以忽略。电路处于闭环状态,Vea与Vcs进行比较,产生一系列脉冲使电路输出电压稳定在一个值。
4仿真与测试
设计的软启动电路应用于一款同步Buck型的DCDC开关电源芯片中。用Hspice软件对其进行仿真。器件的模型参数采用特许半导体0.18μm CMOS工艺。如图9所示:在输入电压为3.3 V,输出电压为1.8 V的测试环境下,可以看出:采用软启动电路后,输出电压在1 ms内分台阶平稳上升,避免了浪涌电流和过冲电压。版图如图10所示。
从图中可以看到,刚启动时刻的占空比非常小,满足要求。第二个台阶的占空比相对增大,如图9(b)所示。
5结论
本论文提出了一种新型的软启动电路,它主要用于峰值电流控制模式的降压DCDC中,能节省芯片和电路板面积,有效地降低产品成本。采用三端输入的比较器,在启动瞬间,通过控制PWM比较器负输入端的输入电压,使其按阶梯状上升,电路避免了浪涌电流和过冲电压。该软启动电路已经应用于高性能的DCDC中,仿真与测试表明该电路有非常好的效果,本论文的设计和结果对便携式设备的设计和应用有较大的帮助。
参考文献
[1] Yuan Bing, Lai Xinquan, Ye Qiang, Jia Xinzhang, A Novel Compact Soft-Start Circuit with Internal Circuitry for DC-DC Converters.
[2] Lai X.Q, Guo J.P, et al, A Novel Digital Soft-Start Circuit for DC-DC Switching Regulator. ASICON 2005 6th Int. Conf. on ASIV Proc, p.564 (2005).
浪涌电流范文第3篇
关键词：基站；防雷；问题；防护技术
1引言
在现阶段，通信基站的防雷通常采取防护直击雷、供电线路防护、联合接地、降低接地电阻值、等电位连接和分区多级雷电过电压保护等多种综合措施。但在实际工程中，由于条件所限，不少基站的接地工程建设存在各种各样的问题和困难，导致无法达到预想的防雷效果。为减少通信基站设备遭受雷击的侵害，保证通信网络安全可靠运行，降低工程建设造价，保护环境，我们希望能够找到更简单、高效、经济的技术和解决方案。
2通信基站传统雷电防护做法及存在的问题
雷击主要有直击雷、感应过电压、雷电波侵入、地电位反击等几种形式。不同形式的雷击所造成的危害程度和途径也各不相同。所以，为防止雷击的危害，目前通信基站的防雷与接地通常采取防护直击雷、供电线路防护、联合接地、降低接地电阻值、等电位连接和分区多级过电压保护等多种综合措施。但在实际通信基站接地工程建设中，因地质、场地、费用等条件所限，不少基站存在难设计、难施工、难测量等情况，使得通信基站的防雷接地系统存在以下一些问题：
（1）基站接地网由于条件所限，达不到规范所规定的接地电阻值或接地网面积的要求，所以也就难以保证防雷接地的效果。
（2）为了达到规范中所规定的接地电阻值或接地网面积，需要花费大量的费用。如大量使用钢材和降阻剂，增加征地、补偿和施工费用等，因此造成地网的施工、维护成本过高，建设时间过长。
（3）根据现行规范，通信基站电源电涌保护器的最大通流容量指标通常是依据其所处地区的雷暴日的多少来选取，而一个地区的雷暴日只能说明该地区发生雷电的概率，并不能表示雷电的强弱，因此有些少雷区、中雷区也时常发生由于配置的电涌保护器容量较小，在遭受雷时，没能起到保护基站设备的作用。
（4）由于雷电的不确定性和现有防雷措施的局限性，目前所采取的综合防雷措施只能是有效地降低雷电对通信基站的影响，并不能完全消除雷击的侵害。对于雷电多发区，通信基站遭受雷击的情况仍然经常发生，不少基站中应该被保护的设备有时出乎意料地遭受到雷击后损坏，特别是山区的基站，遭受雷击致使设备损坏的比例还较大。
（5）接地电阻值由于条件、测量方法的限制，很难准确测量，而且接地电阻值会随着气候和季节的变化而变化。
3通信基站雷电入侵通道隔离防护技术原理
当雷击发生时，通信基站交流电源线、天馈线、光缆加强芯及避雷针处同时会发生浪涌电流侵入，当雷电压侵入各端口时，由于这些端口均表现为电感性或者高阻抗性，当端口对地（该地可能是防雷器件的接地、机壳接地，也可能是直流电源工作地）的阻抗低于其击穿阻抗时，浪涌电流便通过该通道。端口的SPD正是用这种方法来旁路浪涌电流，保护后端设备的。但是，由于在通信系统中存在着机壳保护接地、直流电源系统工作接地，雷电浪涌电流将有可能通过各端口击穿端口至机壳、至电源工作接地通道而导致设备损坏。这种现象已经成为网络和设备停机、复位、损坏的常见原因。
同样的道理，当雷击避雷针向大地放电使接地网地电位升高时，雷电浪涌电流也有可能通过地向电源线、信号线端口放电使该通道损坏。至于特定的雷击故障会损坏哪个端口、哪个通道，则由当时的网络或设备哪个对地通道的阻抗来决定。
当两个设备空间距离较长或者雷击浪涌电流较大时，联合接地地电位升高，在电桥原理的作用下，两个设备间会产生很高的电压差，这是端口损坏的另一重要原因，也是通常雷电防护的薄弱环节。雷电流的入侵通道见图1所示。
通信基站雷电入侵通道隔离防护技术分为隔离式分组接地技术和通道隔离防护技术。
3.1隔离式分组接地技术
隔离式分组接地技术就是在联合接地的基础上，将通信基站中的工作接地、保护接地、防雷接地按功能分组后，在工作地、保护地与联合接地网之间安装具有衰减和隔离作用的“接地系统高频抑制器”，从而达到减小由于雷电使地电位升高对工作地、保护地电位的影响，因而也就降低了工作地电位、保护地电位对接地电阻值的响应灵敏度和对接地电阻值的要求。正常工作时，呈低阻抗；当有浪涌电流地电位升高时，呈高阻抗，从而将工作地、保护地与防雷接地隔离。
3.2通道隔离防护技术
通道隔离防护技术就是通过对通信基站中各种设备以及它们之间的关系进行全面分析，在安装并联型SPD端口防护的基础上，增加“串联型雷电高阻抗单元”，从而解决设备间的雷电传导问题。
“并联型电涌保护器”（SPD）是抑制传导来的线路过电压和过电流的装置。正常时呈高阻抗，并联在设备电路中，对设备工作无影响。当受到雷击时，能承受强大雷电流浪涌能量而放电，呈低阻抗状态，能迅速将外来冲击过量能量全部或部分泄放掉，响应时间极快，瞬间又恢复到平时高阻状态。
“串联型雷电高阻抗单元”是抑制和隔离雷电流在设备之间传导的装置。对于正常工作电流，呈低阻抗，不影响设备正常运行；对于浪涌电流，呈高阻抗，从而通过分压承受绝大部分浪涌电压以保护后续端口。
4基站雷电入侵通道隔离防护技术的应用方案
4.1通用型基站整改方案
利用机房、天线铁塔、建筑物等基础钢筋作为接地网，不再敷设人工接地体，不用追求接地电阻值或接地网面积；在接地系统中按照接地线的功能分类并用设备隔离和分配；在外部电源引入端口安装隔离式保护设备。
具体做法：
在基站机房内的交流电源引入处安装“阻断型交流电源保护箱”，“阻断型交流电源保护箱”由两级并联型SPD和一级“交流系统高频抑制器”ACZ组成。在室内安装“通信局站接地分配箱”，“通信局站接地分配箱”由防雷/联合接地排、工作接地排、保护接地排和接地系统高频抑制器组成，汇接室内所有保护接地线、工作接地线、防雷接地线，并将机房基础的钢结构通过镀锌扁钢或者线缆引接至“通信局站接地分配箱”的防雷/联合接地排。
在室外天馈线的走线架上安装室外接地排，汇接光缆加强芯接地、天馈线重复接地以及其他室外设备的接地，并将机房基础的钢结构通过镀锌扁钢引接至室外接地排。
4.2一体化机房、直放站、室内分布基站整改方案
利用原有的地下金属物或简易人工接地体作为接地网；配置“通信设备综合保护箱”，其中含有电源保护单元和接地分配电源。电源保护单元实现电源两级并联泄流和一级雷电流高阻串联阻断，接地分配电源实现防雷接地、保护接地和工作接地隔离。
具体做法：
在一体化机房、直放站、室内分布基站的合适位置固定安装“通信设备综合保护箱”，并将交流电源引入该设备保护后再接入通信设备的交流电源引入端子。接地网可利用原有的地下的金属物，如机房钢筋、金属固定机架、自来水管等金属物等；对于室外一体化机房和室外型直放站，可在安装点地面打入2～3根1m以上的镀锌角钢作为接地极，并用镀锌扁钢或者线缆引接至“通信设备综合保护箱”的联合接地端子。
5总结
雷电入侵通道隔离防护技术具有理论基础，可通过在机房增加防护设备从而简化通信基站接地工程的设计和施工，降低地网的建设投资和维护成本，缩短工程建设周期。该技术可有效提高通信基站的雷电防护水平，减少因雷击造成的设备损伤和影响，特别适用于雷击较多、土壤电阻率较高地区和地网施工困难的通信基站。
参考文献：
浪涌电流范文第4篇
关键词:电涌;电涌保护器;保护模式;MOV构成;MOV的指标
中图分类号:TM862文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)20-0181-02
随着微电子技术迅速发展,半体器件集成化不断提高,元件间距减小,半导体厚度变薄。电子设备受到瞬态过电压破坏的可能性越来越大。外部电涌和内部电涌过电压成为电子设备损坏和工作中断的主要因素。为保证精密电子设备系统能正常工作,要求对电涌防护设计应更合理,同时应选择合格的电涌保护器。
一、电涌的产生
电涌是瞬态过电压,在电路中出现的瞬时过电压波动,在电路中通常持续时间仅有百万分之一秒。电涌是微秒量级异常大电流脉冲,波头时间一般在0.25～20μs,单位能量一般在2.5～10MJ/Ω。电涌的来源有两类:外部电涌和内部电涌。外部电涌主要来源于雷电,内部电涌是供电网中开关操作在电力线路上产生的过电压。
雷电是导致电涌最明显的因素,雷电击中输电线路导致巨大的过电压,一次普通闪电电压可达到3～200百万V,电流为2000～3000A。内部电涌在低压电源线上绝大部分(88%)产生于内部用电设备的开启。 电涌产生的高电压远远超出了计算机和其它微电子设备承受的电压水平,造成计算机等电器设备芯片损坏,部件老化,造成电子设备损坏,对生产生活造成极大危害。
二、电涌防护原理
(一)电涌防护最常见方式
电涌防护最常见方式是利用浪涌保护器(Surge protection Device),又称为 “电涌保护器”、“防雷器”或“过电压保护器”,英文简写为SPD。电涌保护器的作用是把串入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内,将强大的电流泄流入地,保护设备或系统不受高电压冲击损坏。电涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同,但至少包含一个非线性电压限制元件。常用电涌保护器有MOV(Metal Oxide Varistor)同气体放电管等。
电涌包含强大的能量因此不能被阻止。基于这种原因,保护敏感电气设备免受电涌损坏的策略是把电涌从设备分流后流入大地。
(二)浪涌保护器MOV由三部分组成
中间是一根金属氧化物材料,由两个半导体连接着电源和地线。当产生浪涌时MOV立即动作,响应时间为1～3毫微秒。MOV中的“V”是变阻器,在响应的一瞬间,MOV的电阻从最大值降到近乎零欧姆,过电流经MOV流入大地。被保护电气设备继续在正常工作电压下运行。其半导体元件具有随电压变化而改变电阻的性质。当电压低于某个特定值时,半导体中的电子运动产生高电阻。反之,当电压超过该特定值时,电子运动会发生变化,半导体电阻降低接近零欧姆。电压正常,浪涌保护器MOV闲在一旁,不影响电力线路。
(三)评价浪涌保护器MOV优劣的指标
1.箝位电压:表示将导致MOV接通地线的电压值。箝位电压越低,表示保护性能越好。
2.能量吸收/耗散能力:此标称值表示浪涌保护器在烧毁前能够吸收多少能量,单位为焦耳。其数值越高,保护性能就越好。
3.响应时间:浪涌保护器不会立刻断开,它们对电涌做出响应会有略微的延迟。
(四)气体放电管
另一种常见的浪涌保护装置是气体放电管。这些气体放电管作用与MOV相同 ,它们将多余电流从火线移到地线,通过在两根电线之间使用惰性气体作为导体实现此功能。 当电压处于某一特定范围时,该气体的组成决定了它是不良导体。如果电压出现浪涌并超过这一范围,电流的强度将足以使气体电离,从而使气体放电管成为非常良好的导体。它会将电流传导至地线,直到电压恢复正常水平,随后又会成为不良导体。
三、浪涌保护器(SPD)保护模式
SPD可连接在L、N、PE间,这些连接方式称为保护模式,它们与供电系统接地方式有关。《低压配电设计规范》规定,供电系统接地分为:TN-S系统(三相五线)、TN-C系统(三相四线)TN-C-S 系统(由三相四线改为三相五线)、IT系统(三相三线)和TT系统(三相四线)。
目前,浪涌保护器的保护模式大部分是4模式保护(L-PE,N-PE),即三根火线分别与保护线,中性线与保护线连接。如图1所示。还有是全模式(L-L、L-N、L-PE、N-PE),即三根火线之间,三根火线分别与保护线,三根火线分别与中性线,中性线与保护线。全模式最多有10模式,常用的3相星形接地方式中就是10模式。如图2所示:
模式保护器是4个单片组合在一起,它没有对浪涌电流经过的所有可能的线路都进行保护,如火线―火线之间,火线―中性线。4模式的浪涌保护器有可能使SPD电压保护水平失真,保护水平较差。会造成三种情况:电压抑制水平失真;响应时间不匹配;续流问题存在安全隐患。
全模式保护三根火线通过浪涌抑制元件分别与中性线相连,三根火线通过浪涌抑制元件分别与保护线相连,中性线通过浪涌抑制元件分别与保护线相连,三根火线通过浪涌抑制元件分别相连,全模式下对浪涌电流经过的所有线路都进行了保护。其优点有:全模式的浪涌保护设备对浪涌电流经过的所有可能的线路都进行了保护;有利于对电网与浪涌保护器本身的防护;不会出现电压保护水平失真和元件响应时间不匹配的问题。
四、结语
浪涌电流范文第5篇
关键词： TVS； 特性参数； TN电源系统； 应用保护电路
中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）16?0127?04
电网中的工频过电压、谐振过电压及瞬态过电压，包括操作过电压和雷电过电压，这些危险浪涌能量无法泻放或吸收，而侵入电气设备内部电路，就能影响电子设备的正常工作，甚至会烧毁电路；而集成数字电路容易受ESD/EFT（静电放电/电快速瞬变脉冲群）等浪涌电压干扰，可能会造成工作异常、死机，甚至损坏并引发其他的安全问题。利用TVS器件对电路进行精细保护，可有效地使电子线路中的精密元器件免受各种浪涌脉冲的损坏。本文对TVS器件的特性及应用作详细分析与研究有重要意义。
1 TVS的结构及分类
TVS瞬态电压抑制器是在稳压二极管的基础上发展而来的，是一种二极管形式的新型高效能保护器件。TVS通常采用二极管式的轴向引线封装结构，TVS的核心单元是芯片，芯片主要材料为半导体硅片或晒片，芯片有单极型和双极型两种结构，单极型TVS有一个PN结，双极型TVS有两个PN结。TVS芯片的PN结经玻璃纯化保护由引线引出，再经改性环氧树脂封装制成。
TVS瞬态电压抑制器有单极性与双极性之分[1]，单极性只对一个方向的浪涌电压冲击起保护作用，双极性瞬态二极管对相反的极性浪涌电压冲击都起保护作用，相当于两只稳压管反向串联，它优点是结电容小，响应时间短，功率大。单向TVS多用于直流和已知方向的信号电路，双极性TVS多用于交流和变化的信号电路，TVS阵列多用于多线保护[2]。TVS管也可以与二极管串联，利用二极管寄生电容较小的特点来降低总寄生电容，可以实现对高速信号端口的保护。TVS串行接入电路可以分电压，并行接入可以分电流，但在应用中应控制串/并数量，TVS在应用过程中必须考虑环境温度及温度变化情况对TVS特性的影响，因为温度上升会使TVS反向漏电流增加，功耗下降。另外，TVS按峰值功率可分为500 W，1 000 W，1 500 W，5 000 W等多种型号。
2 TVS的主要参数及选用
2.1 最小击穿电压VBR
最小击穿电压VBR等于1 mA的测试电流通过TVS时，TVS两极的电压值。VBR根据其与标准值的离散程度分为两种：VBR（5%）与VBR（10%）。
2.2 额定反向工作电压VWM
TVS反向工作时，在规定的IR条件下，TVS两极的电压值称为额定反向工作电压VWM。一般情况，VWM=（0.8～0.9）VBR，离散度[3]为5%的TVS，VWM=0.85VBR（5%）；离散度为10%的TVS，VWM=0.81VBR（10%）。VWM值的选择要适中，VWM值既要大于等于US（最大持续工作电压），又要与US值相接近，选择太大或太小都不能安全可靠保护电路。
2.3 最大反向脉冲峰值电流IPP
TVS反向工作时，在规定的脉冲条件下，TVS允许通过的最大峰值脉冲电流称为最大反向脉冲峰值电流，峰值脉冲电流IPP应大于电路瞬态浪涌电流。
2.4 最大钳位电压VC
当脉冲峰值电流IPP流过TVS时，其两极的最大峰值电压为最大钳位电压。VC为TVS的电压保护水平，是选用TVS十分关键的参数，应小于被保护电路耐压水平UW，否则TVS将失去保护作用。TVS钳位系数等于[VCVBR]，钳位系数取值一般在1.2～1.4范围内[3]。
2.5 峰值脉冲功率Ppp
峰值脉冲功率等于TVS允许通过的最大峰值脉冲电流IPP与最大箝位电压VC的乘积。Ppp值与脉冲波形、脉冲时间及环境温度有关。在应用中要根据电路的特性和工作环境确定电路预期瞬态浪涌电流及可能出现的瞬态浪涌脉冲功率，峰值脉冲功率Ppp应考虑20%的安全裕量，据此确定TVS额定脉冲功率Pppm。额定脉冲功率应大于被保护器件或线路可能出现的峰值脉冲功率。同时，电路设计必须认真考虑重复施加脉冲能量的累积，其能量不应超过TVS器件的脉冲能量额定值。
2.6 电容C
TVS的电容量由其芯片的面积和偏置电压来确定，其偏置电压与电容值C成反比。在应用中要根据电路持性选择合适的电容范围，电容大会使信号损失，对信号起调制作用，引起干扰。
2.7 反向漏电流ID
当额定反向工作电压VWM加于TVS两极时，TVS处于反向关断状态，流过TVS的电流称为反向漏电流，ID值应小于或等于其最大反向漏电流。
2.8 钳位响应时间TC
钳位响应时间是指TVS两极电压从零升至最小击穿电压VBR的时间，TVS[2]的TC小于1×10-12 s，仅为1 ps。
3 TVS的特性分析
3.1 TVS的伏安特性
TVS能保护晶体管电路，是靠伏安特性起箝位作用，见图1[2]。当TVS管电压为反偏，且位于0～VBR时，TVS管呈高电阻状态；当反偏电压超过VBR时，流经TVS管电流迅速增加，进入低电阻导通状态，从高电阻状态到低电阻状态延时只有ps数量级。TVS管两端电压被箝制在VC以下，经过电压脉冲过后，TVS管又恢复高阻状态。
3.2 TVS的钳位特性
TVS属限压型浪涌保护器件，能对过电压起钳位作用，将浪涌电压限制在安全耐压范围内，从而保护后面的负载电路。根据电路的基本理论，按照环路电压分析法，从图2可以看出，电路的输出电压Voutput可由式（1）得到：
[Voutput=VBR+RSVgRg ] （1）
若设浪涌电压Vg为8 kV，Rg为330 Ω，RS为0.14 Ω，TVS的VBR为6 V，则i≈24 A，那么由式（1）得Voutput=10 V。利用TVS的钳位特性，将8 kV危险浪涌电压削减到10 V的安全电压。需要注意的是，以上电路应满足Rg>RS+RLoad>RS这一条件[10]。
4 TVS的应用
4.1 TVS在TN电源系统的应用
雷电过电压波、负载开关等人为操作错误引起的过电压容易通过供电线路侵入电气电子设备内部，造成电气电子设备失效、误动作，甚至造成设备的永久性损坏，造成严重经济损失。通过在电源线路上安装浪涌吸收装置MOV和TVS，实施两级保护，并对L、N线进行共模、差模保护。具体做法是在线路的前端安装MOV作为第一级SPD保护，泄放大部分雷电流，在线路的末端（设备前端）安装大功率TVS作为第二级SPD保护，进一步削弱过电压波幅值，将电网电压降至E/I安全耐压范围之内，如图3所示。要注意的是，MOV与TVS应达到电压和能量的协调与配合，AB之间的线路长度不应小于5 m，否则应增加线路长度或安装退耦器件。
4.2 TVS在网络信号线路的应用
TVS不仅可以用于电源系统的浪涌防护，还可以用于信号线路的浪涌保护，采用气体放电管GDT与TVS管组合成信号浪涌保护器，其特点是反应快，漏流小，几乎对信号无损耗，可以对高速网络线路提供安全、可靠的保护，如图4所示。
4.3 TVS在直流电源系统的应用
图5为一台普通PC电脑的供电电源电路，市电AC 220 V经过变压器降压至AC 20 V，再经调制整流电路，输出DC 10 V直流电源，接入负载。通过在变压器输出端安装双向瞬态电压抑制器TVS1，吸收L及N线的瞬时冲击脉冲电流，将电路电压箝制在安全电压水平，TVS1可以保护变压器后端整流器及其他电路元器件。在整流器后的直流电源输出端安装单向瞬态电压抑制器TVS2，用于保护直流负载免受过电压电电流冲击。
4.4 TVS在晶体管电路的应用
晶体三极管作为电流控制型器件，是电子集成电路中的重要组成部分，可分为NPN管和PNP管[5]两类，应用于开关电路、放大电路和稳压电路。为了使晶体管电路免受ESD/EFT（静电放电/电快速瞬变脉冲群）等浪涌电压的干扰，在电路的输入端和输出端分别加入TVS1、TVS2进行保护，其保护电路如图6所示。
4.5 采用TVS保护TTL逻辑电路
TTL电路是晶体管?晶体管逻辑电路的简称，是目前使用最广泛的一种门电路，通过输入高低电平[5]，实现逻辑功能。它由三部分组成，即输入级（发射极晶体管V1和基极电阻R1）、倒相级（V2管和电阻R2，R3）、输出级（V3，V4，V5和电阻R4，R5）。对于TTL逻辑电路的浪涌防护，主要通过在输入级A，B端分别加入TVS1和TVS2进行保护，在电路的输出端“L”加入TVS4进行保护，在直流电源UCC端加入TVS3进行保护，可以有效抑制各种瞬变过电压对晶体管的EB结或CE结击穿而损坏。图7为TTL“与非”门的典型保护电路。
4.6 采用TVS保护MOS集成电路
MOS集成电路的基本原件是MOS晶体管，MOS管有源极S、漏极D、栅极G三个电极，是电压控制元件，用变化的栅漏电压来控制漏源电流，MOS管分为P型MOS管和N型MOS管两种[5]。由NMOS管和PMOS管组成的互补型MOS电路称为CMOS电路，它能对输出端的电容提供一个快速充放电回路，功耗小，工作速度较高，具有较强的负载能力及抗干扰能力，在数安集成电路中得到越来越广泛的应用。图8为COMS反相器保护电路图，在电路的输入端Ui、输出端Uo及电源电压UDD分别加入TVS3，TVS2，TVS1，从而保护晶体管电路及后面的负载元件。
5 结 语
（1）TVS具有响应快、功率大、极间电容和体积小、无漏流、应用领域广等优点，可有效地保护TN电源系统、直流电源、信号线路及晶体管集成电路等，可抑制共模/差模浪涌冲击和ESD/EFT等瞬态浪涌电压的干扰。
（2）电路设计应考虑被保护电路的特性、工作环境及TVS的VC，IPP，VWM，VBR，Ppp等相关参数选择适配的TVS保护器件，TVS接入电路应不影响电路的正常运行，能安全泄放预期瞬态浪涌电流，将危险电压钳位于电路安全耐压值以内。
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