电路设计中的瞬态电压抑制器

当我十几岁的时候，我开始通过古老的拨号调制解调器访问互联网。如果你不知道它是什么，它是一块插在电脑主板上的插件卡。有人警告我说，我需要拔掉连接互联网的电话线。

你可能已经猜到了，我没有理会这个建议，直到我唯一的上网方式被照明炸了。那是我痛苦的几周的开始，我被切断了与聊天室的联系，聊天室在Facebook时代之前很流行。

在PCB设计中，如果您忘记在外部接口放置任何形式的瞬态电压抑制器，您将有宝贵的设计被照明破坏。雷击产生的电涌通常会耦合到电缆中，直接进入电子设备。

什么是瞬态电压抑制器

瞬态电压抑制器(TVS)是电子元件模块的通用术语，用于减轻电压或瞬态电压的突然上升。瞬态电压，尤其是雷电浪涌产生的瞬态电压，几乎可以瞬间达到数千伏特，并通过电力或通信线路产生大电流。

暂态电压的其他实例包括感性负载切换和静电放电(ESD)从人的身体，后者增加电压水平到数百或数千伏，但释放最小的电流。

瞬态电压无论原因如何，都可能损坏PCB中的其他电子元件。TVS组件有助于安全地引导过高的电压，在某些情况下，电流来自它所要保护的组件。

常见类型的瞬态电压抑制器

除非您正在设计一个不需要任何形式的人机交互的独立PCB，否则您需要熟悉这些常见类型的瞬态电压抑制器。

1.TVS二极管

TVS二极管与齐纳二极管具有相同的基本原理。当置于反向偏置时，它将电压箝位到一定水平。然而，TVS二极管被设计为吸收和释放大量的能量，使其成为瞬态保护的理想选择。

2.金属氧化物压敏电阻

金属氧化物压敏电阻(MOV)是一种由氧化锌颗粒压入陶瓷材料制成的优良的浪涌抑制装置。在通常的工作中，MOV是不导电的，但是当电压超过箝位电压值时，它就变成了一个导电通路来引导过大的电流。

MOV常用于瞬态保护。

3.气体放电管

顾名思义，气体放电管或GDT是一种组件，其中一对电极被安置在含有特殊类型气体的金属管中。当电压达到火花值时，GDT进入电弧模式，在那里它变成导电的，并用于从瞬态事件中引导大电流。

4.Polyfuse

多熔断器也称为多熔断器或聚合物正温度系数可调熔断器，其工作原理是根据通过的电流改变其聚合物元件的电阻。正常情况下，熔断器处于导电状态。然而，增加的电流量，这也增加了熔断器的温度，将导致开路状态。当温度最终下降时，熔断器会复位。

PCB设计中暂态电压抑制器的选择

当存在影响PCB的瞬态事件的风险时，瞬态电压抑制器是强制性的。然而，没有一种解决方案适合所有应用程序。每种类型的TVS组件都有其优点和缺点。

例如，TVS二极管对瞬态尖峰具有快速反应时间，但它具有相当低的能量处理能力。在这种情况下，您需要在输入电源或通信线路上串联一个多熔丝，以切断流过的过多电流。

您还需要正确设置TVS组件的值，以确保电路得到相应的保护。钳位电压、响应时间、能量吸收能力等参数是选择TVS元件时的一些基本考虑因素。

电视元件的放置对保护至关重要。

您的路由策略也会影响TVS组件的有效性。您将希望TVS组件靠近连接器，以便将传入的瞬态信号安全地引导到地面。避免在TVS组件附近出现其他关键信号。

TVS组件的接地连接的阻抗也是至关重要的，因为它决定了过度电流转移到地面的程度。为了安全起见，用香料模拟器以确保电视保护装置按预期工作。

瞬态电压抑制器的仿真与建模

TVS组件以其低成本和低箝位电压而闻名，然而，确定它们与需要精确噪声测量的设备的确切相互作用仍然很困难。使用SPICE中的TVS组件可以为您提供关键参数，例如正向电流和正向电压，正向和反向偏置区域的电阻以及相关的浪涌。

此外，SPICE工具能够测量TVS元件的阻抗以及电感和电容。同样值得注意的是SPICE工具，如PSpice软件都可以模拟小信号分析对于宏观模型，以确定什么是必要的大型项目，如系统设计和分析。PSpice拥有你的一切需要添加任何电视在你的设计中。