天天看点

TVS瞬态抑制的原理

作者:衡丽电子

瞬态抑制器件可以显着减少因过电压尖峰和浪涌而释放的能量。

TVS瞬态抑制的原理

我们认为用于为电路供电的交流或直流电源都是稳定且调节良好的电源。然而,交流感性负载的切换或直流继电器触点和直流电机的切换都会产生不好的供电质量,因此需要瞬态抑制装置。

当某种形式的感性或电抗负载(例如电机、螺线管线圈或继电器线圈)突然关闭时,就会发生感性开关瞬变。其磁场的快速崩溃会产生瞬态电压,该电压叠加到稳态电源上。这些感应开关电压瞬变可达到数千伏。

瞬态是由于先前存储的能量(无论是电感性还是电容性)突然释放而在电路中发生的非常陡峭的电压阶跃,从而导致高电压瞬态或产生浪涌。由于某些开关动作,能量突然释放回电路,从而产生了以能量陡峭脉冲形式出现的瞬态电压尖峰,理论上可以达到无限值。

这种高dv/dt瞬态开关尖峰存在的时间很短(毫秒或微秒),也可以在短时间内经常出现,例如每天随机出现两到三次。

TVS瞬态抑制的原理

还必须认识到,电压瞬变并不总是从零伏或周期开始时开始,而是可以叠加到另一个电压电平上。无论哪种方式,瞬态都是不好的,因为它们会损坏电子设备,因此需要抑制和控制。

瞬态抑制器件可以采用多种形式,从电弧接触器到滤波器,再到固态半导体器件。分立半导体瞬态抑制器件,例如金属氧化物压敏电阻 (MOV),是迄今为止最常见的器件,因为它们具有各种能量吸收和额定电压,从而可以对不需要的和潜在破坏性的瞬态或过度的瞬态进行严格控制。比如电压尖峰。

瞬态抑制器件可以与负载串联使用,以衰减或降低瞬态的能量值,防止其在电路中传播,也可以与负载并联使用,以将瞬态转移到地面,并限制或钳位残余电压。

电压瞬变的衰减通常使用与负载电路串联的低通滤波器来实现。当电压瞬变发生时,它通常是快速移动的高频尖峰,因此滤波器会衰减或阻止这种高频瞬变,同时允许低频功率或信号分量继续不受干扰。瞬态衰减器的一个很好的例子是电源滤波延长线。

转移瞬态通常是使用电压钳位型设备或通常称为撬棒型设备来完成的。这些并联连接的设备表现出非线性阻抗特性,因为流过它们的电流与欧姆定律给出的端子两端的电压不是线性的。

MOV 等电压钳位器件具有可变阻抗,具体取决于流经器件的电流或其端子上的电压。在正常稳态工作条件下,该器件提供高阻抗,因此对连接的电路没有影响。

然而,当电压瞬变发生时,设备的阻抗会发生变化,随着设备两端电压的上升,通过设备的电流也会增加。结果是瞬态电压明显钳位。钳位器件的伏安特性通常与时间相关,因为电流的大幅增加会导致器件消耗大量能量。

Crowbar 器件是另一种类型的瞬态抑制器件,它通过开关型导通动作将过电压尖峰从电路中转移出去。Crowbar 器件的工作原理与齐纳二极管类似,在正常稳态条件下,它们对电路没有影响。当检测到瞬态时,它们会快速切换为“ON”,提供非常低的阻抗路径,将瞬态从并联负载转移开。

然后,离散瞬态抑制器件根据其连接和操作类型可以分为三个基本类别。

串联(阻塞)连接的低通滤波器。

并联(分流)电压钳位器和电压限幅器。

并联(分流)连接的 Crowbar 设备。

瞬态抑制装置

TVS瞬态抑制的原理

典型瞬态抑制滤波器

TVS瞬态抑制的原理

齐纳瞬态抑制

TVS瞬态抑制的原理

MOV瞬态抑制

TVS瞬态抑制的原理

基本撬棒钳位电路

TVS瞬态抑制的原理

齐纳撬棒钳位电路

TVS瞬态抑制的原理