CN201328145Y - 瞬态干扰抑制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种瞬态干扰抑制器，在被保护电路与电压处理电路之间连接有至少一个阵列TVS瞬态抑制二极管和/或串联电阻。当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。TVS主要用于对电路元件进行快速过电压保护和电压峰峰值的瞬态干扰。它能“吸收”高功率的浪涌信号。TVS具有体积小、功率大、响应快、无噪声、价格低等诸多优点，它可以有效地对雷电、负载开关等人为操作错误引起的过电压冲击起保护作用。

Description

瞬态干扰抑制器

技术领域

本实用新型涉及一种主要主要用于计算机系统、通讯设备、交/直流电源、汽车、电子镇流器，家用电器、电子仪器、仪表、精密设备、计算机系统、通讯设备、RS232、485及CAN等通讯端口、ISDN的保护、I/O端口、IC电路保护、音/视频输入、交/直流电源、电机、继电器噪声、仪器仪表、RS232/422/423/485、I/O、LAN、ISDN、ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、数字照相机的保护、共模/差模保护、RF耦合/IC驱动接收保护、电机电磁波干扰抑制、声频/视频输入、传感器/变速器、工控回路、接触器噪音的抑制等领域对电路元件电压峰峰值进行快速过压保护的瞬态干扰抑制器。

背景技术

各种电子系统及通信网络等，经常会受到外来的电磁干扰，这些干扰主要来自电源线路的暂态过程、雷击闪电、以及宇宙射电等。这些干扰会使得系统动作失误甚至硬件损坏。因此需要需要考虑静电或浪涌对电路的损害，而静电的危害不言而喻，静电放电效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲，并能持续10ms，基本可以让电路中的IC报废。

现有技术中一般输出矩形波的峰值电压波直流/直流电压处理电路，采用斩波方式输出直流，且由信号发生/控制电路和输出功率管组成的可调脉宽调压方式的转换器。由于其输入和输出端地无法隔离，容易串入干扰，该电路输出的矩形波且含有较严重的过冲和功率较大含量丰富的谐波，电磁兼容较差而导致的输出电压电流过冲较大，干扰大，带感性和容性负载时容易损坏，容易影响其他产品的正常工作。尤其在开关晶体管关断的瞬间，由于电磁感应会场生一个很强的反向峰值电压。在一功率开关电路中会产生120Hz，宽度为4ms，峰值电流为25A的脉冲群。如果不加限制会击穿开关晶体管。而一般的TTL器件，遇到超过30ms的10V脉冲时，便会导至损坏。为了有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏，目前，国内不少需进行浪涌保护的设备上通常使用由陶瓷压敏电阻或真空放电管组成的瞬态干扰抑制器来解决浪涌脉冲对电路元件的损坏。压敏电阻是一种金属化物变阻器。压敏电阻反应速度仅有5×10-8，易老化，最高使用温度115℃，反向漏电流典型值仅有200μA，箝位因子(VC/VBR)≥7～8。而交流电网上出现的浪涌电压、振铃电压、火花放电等瞬间干扰信号是作用时间极短，但电压幅度高、瞬态能量大的瞬态干扰。瞬态干扰会造成控制系统的电源电压的波动；当瞬态电压叠加在控制系统的输入电压上，使输入控制系统的电压超过系统内部器件的极限电压时，便会损坏控制系统内部的设备。目前采用的抑制措施是由硅瞬变吸收二极管组成的瞬态干扰抑制器。硅瞬变吸收二极管的工作有点象普通的稳压管，是箝位型的干扰吸收器件；其应用是与被保护设备并联使用。该瞬态干扰抑制器件只是将幅度很高的脉冲电压顶部削去，残留的仍是一个脉冲干扰电压，只是幅度低些，其中包含了大量的高频成分，会对电路造成影响，因此并不能完全防止电路工作异常。

发明内容

本实用新型的任务是提供一种能吸收功率高达数千瓦的浪涌信号，响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压容易控制、体积小，减小峰峰值瞬态干扰的瞬态干扰抑制器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种瞬态干扰抑制器，包括被保护电路，其特征在于，在被保护电路与电压处理电路之间连接有至少一个阵列TVS瞬态抑制二极管和/或串联电阻。

本实用新型具有如下有益效果。

本实用新型采用二极管形式的TVS高效能保护器件。当瞬态抑制二极管TVS的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，以极高的速度使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，吸收高达数千瓦的浪涌功率，，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受高能量的冲击而损坏。有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。当脉冲宽度不同时其峰值功率也不同。如某600WTVS，对1000ms脉宽最大吸收功率为600W，但是对50ms脉宽吸收功率就可达到2100W，而对10ms的脉宽最大吸收功率就只有200W了。而且吸收功率还和脉冲波形有关：如果是半个正弦波形式的脉冲，吸收功率就要减到75％，若是方波形式的脉冲，吸收功率就要减到66％。反应速度10-12s，无老化现象，最高使用温度175℃，反向漏电流典型值只有5μA，，箝位因子(VC/VBR)≤1.5它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。

附图说明

为了更清楚地理解本实用新型，现将通过本实用新型实施例，同时参照附图，来描述本实用新型，其中：

图1是本实用新型的瞬态干扰抑制器电路原理方框图。

图2表示本实用新型瞬态干扰抑制器在保护直流稳压电源的一个实施例。

图3～图6表示本实用新型保护直流稳压电源晶体管几个具体实施例的电路示意图。

具体实施方式

图1中，在被保护电路与电压处理电路之间连接有一个阵列或多个TVS瞬态抑制二极管串联和/或串联电阻。处理电路将直流电压由信号发生/控制电路和输出功率管组成。TVS瞬态抑制二极管串行连接分电压，并行连接分电流。对于数据接口电路的保护，应选取具有合适电容C的TVS瞬态抑制二极管器件；交流电路选用双极性TVS瞬态抑制二极管；多线保护选用TVS瞬态抑制二极管阵列。斩波方式输出的可调脉宽调压方式的转换器输出电压峰峰值形成的瞬态干扰的尖峰通过TVS来吸收，这样通过示波器测试出的波形就是平滑而无尖峰的。当没有合适电压的TVS管供采用时，可以用多个TVS管串联使用。串联管的最大电流决定于所采用管中电流吸收能力最小的一个。而峰值吸收功率等于这个电流与串联管电压之和的乘积。TVS管的结电容是影响它在高速线路中使用的关键因素。在这种情况下，一般用一个TVS管与一个快恢复二极管以背对背的方式连接，由于快恢复二极管有较小的结电容，因而二者串联的等效电容也较小，可满足高频使用的要求。

其原理是，当TVS管承受瞬态高能量冲击时，管子中流过大电流，峰值为IPP，端电压由VRWM值上升到VC值就不再上升了，从而实现了保护作用。浪涌过后，随时间IPP以指数形式衰减，当衰减到一定值后，TVS两端电压由VC开始下降，恢复原来状态。最大箝位电压VC与击穿电压VBR之比称箝位因子Cf，表示为Cf＝VC/VBR，VC与VBR之比称为箝位因子，一般在1.2～1.4之间。

当持续时间为20mS的脉冲峰值电流IPP流过TVS时，在其两端出现的最大峰值电压为VC。VC、IPP反映了TVS的浪涌抑制能力。电容量C是由TVS雪崩结截面决定的，是在特定的1MHz频率下测得的。电容量C的大小与TVS的电流承受能力成正比，C太大将使信号衰减。因此，C是数据接口电路选用TVS的重要参数。最大峰值脉冲功耗PM是TVS能承受的最大峰值脉冲功率耗散值。在给定的最大箝位电压下，功耗PM越大，其浪涌电流的承受能力越大；在给定的功耗PM下，箝位电压VC越低，其浪涌电流的承受能力越大。另外，峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且，TVS所能承受的瞬态脉冲是不重复的，器件规定的持续时间与间歇时间之比为0.01％的脉冲重复频率。如果电路内出现重复性脉冲，可考虑脉冲功率的累积，有可能损坏TVS。对于高密度安装的场合还可以选择双列直插和表面贴装的封装形式。

图2是一个直流稳压电源，并有扩大电流输出的晶体管。该稳压源的稳压输出端与非稳压直流输入连接的电路上，通常跨连有由三极管、电阻和电压调节器并联的电路。在稳压输出端与地之间连接有至少一个阵列TVS瞬态抑制二极管。在其稳压输出端加上瞬变电压抑制二极管，可以保护使用该电源的仪器设备，同时还可以吸收电路中晶体管的集电极到发射极间的峰值电压，保护晶体管。建设在每个稳压源输出端增加一个TVS管，可大幅度提高整机应用可靠性。

在图3～图6所示的实施例中，图3瞬态干扰抑制器的两个TVS管D1、D2分别并联在稳压电源晶体管输入、输出端的地之间。在图4直流稳压电源电路中，两个TVS管D1、D2通过输入端电阻和晶体管的连接接点，跨接于连接晶体管的电感线圈和地之间。在图5直流稳压电源电路中，两个TVS管D1、D2分别并联在稳压电源晶体管输入端两个串联电阻接点和输出端的地之间。在图5直流稳压电源电路中，在直流电源的输入端的两个串联电阻接点和地之间并联有有两个串联的TVS管D1、D2，并在两串联电阻与晶体管连接的接点处并联有TVS管D3。同时还在直流电源的输出端与地之间还并联有TVS管D4。

上述保护晶体管的描述的各种实施例。由于稳压电源其各种瞬变电压能使晶体管EB结或CE结击穿而损坏，特别是晶体管集电极有电感性(线圈、变压器、电动机)负载时，会产生高压反电势，往往使晶体管损坏。因此用本实用新型的上述TVS管作为保护器，能够有效地对电路元件电压峰峰值进行快速过压保护。

Claims (8)

1.一种瞬态干扰抑制器，包括被保护电路，其特征在于，在被保护电路与电压处理电路之间连接有至少一个阵列TVS瞬态抑制二极管和/或串联电阻。

2.如权利要求1所述的瞬态干扰抑制器，其特征在于，TVS瞬态抑制二极管串行连接分电压，并行连接分电流电路。

3.如权利要求1所述的瞬态干扰抑制器，其特征在于，一个TVS管与一个快恢复二极管以背对背连接。

4.如权利要求1所述的瞬态干扰抑制器，其特征在于，TVS瞬态抑制二极管加在稳压电源电路的输出端，在稳压输出端与地之间连接有至少一个阵列TVS瞬态抑制二极管。

5.如权利要求1所述的瞬态干扰抑制器，其特征在于，两个TVS管分别并联在稳压电源晶体管输入、输出端的地之间。

6.如权利要求1所述的瞬态干扰抑制器，其特征在于，两个TVS管通过输入端电阻和晶体管的连接接点，跨接于连接晶体管的电感线圈和地之间。

7.如权利要求1所述的瞬态干扰抑制器，其特征在于，两个TVS管D1、D2分别并联在稳压电源晶体管输入端两个串联电阻接点和输出端的地之间。

8.如权利要求7所述的瞬态干扰抑制器，其特征在于，两个串联电阻接点和地之间并联有两个串联的TVS管，并在两串联电阻与晶体管连接的接点处还并联有TVS管，同时还在直流电源的输出端与地之间还并联有TVS管。

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