瞬态抑制二极管的详细介绍和使用指导.doc

瞬态抑制二极管的详细介绍和使用指导 一、瞬态现象的危害——什么是瞬态现象？ 瞬态电压是由电能释放的短时高电压，通常在储存的能量突然释放，或有较重的电感负载或雷击等其它诱因时产生。 在电气或电子电路中，可以通过开关控制方法预先释放该能量，也可以将其随机导入外部电源电路中。 反复瞬变现象通常在操作电机、发电机或在开/关反馈电路元件时产生。 而随机瞬变现象则通常在雷击或静电放电（ESD）时产生。 雷击和静电放电的发生是无法预测的，所以需要进行精密的监测以准确测算，尤其在电路板层面可能发生上述情况的时候更需注意。 许多电子标准组使用公认的监测手段或测试方法对瞬变电压的产生进行了分析研究。 下表列举了瞬变现象的一些重要特征。 ? 电压 电流 生成时间 持续时间 雷击 25kV 20kA 10 μs 1ms 开/关 600V 500A 50 μs 500ms 电磁脉冲 1kV 10A 20ns 1ms ESD 15kV 30A 1ns 100ns 表1：瞬变源及其量值示例 瞬变电压峰值的特性 如下图所示，雷击和静电放电形成的瞬变电压峰值通常会形成一条“双指数”波形。 图1：雷击的瞬变波形 图2：静电放电的测试波形 雷击的指数生成时间在1.2微秒至10微秒之间（基本为10%至90%），持续时间在50微秒至1000微秒之间（峰值的50% ） 。 而静电放电持续的时间则相对而言短很多。 生成时间小于1.0毫微秒。 持续总时间约为100纳秒。 为什么瞬变现象越来越多地受到关注？ 产品的小型化趋势使得产品对电气应力日益敏感。 以微处理器为例，其结构和导电通路无法处理由静电放电瞬变现象产生的强电流。 因为这类产品的操作电压非常低，所以必须控制电压干扰以防设备断路、潜在隐患或灾难性事件的发生。 目前，敏感微处理器广泛应用于各类设备之中。 从家用电器（例如洗碗机）至工业控制设备，甚至玩具都使用微处理器来提高性能和功效。 大部分汽车也使用多重电子系统来控制发动机、空调、刹车系统，部分汽车还将其用于控制转向、牵引和安全系统。 应用设备和汽车内的很多附件或支持产品（例如电机或配件）都有可能产生危害整个系统的瞬变现象。 因此，缜密的电路设计不仅要考虑自然环境的影响，还需要注意相关产品存在的潜在威胁。 下表2列举了不同产品的技术弱点。 装置类型 临界电压（伏） VMOS 30-1800 MOSFET 100-200 GaAsFET 100-300 EPROM 100 JFET 140-7000 CMOS 250-3000 肖特基二极管 300-2500 双极晶体管 380-7000 SCR 680-1000 表2: 设备的临界电压范围。 二、瞬态电压现象 静电放电（ESD） 静电放电通常生成时间很快，峰值电压和电流可达到非常高的值。 此种能量由物体间不平衡的正负电荷产生。 日常活动中的静电放电足以超过标准半导体技术中的瞬态临界点。 以下是几个例子: 人走过地毯:35kV @ RH = 20%;1.5kV @ RH = 65% 人走过塑胶地板:12kV @ RH = 20%;250V @ RH = 65% 在长椅上工作的工人:6kV @ RH = 20%;100V @ RH = 65% 塑胶信封:7kV @ RH = 20%;600V @ RH = 65% 从桌子上拿起的塑料袋:20kV @ RH = 20%;1.2kV @ RH = 65% 雷击引起的瞬变现象 尽管直击雷的破坏力显而易见，可是由雷击引起的瞬态现象并非由直击雷造成。 发生雷击时产生的磁场，会造成附近的电缆线发生高量值瞬态。 云层间的雷击对地面和埋在地下的电缆都会产生影响。 即使雷击发生在1英里（1.6公里）以外的地方，依然可在电缆上产生70伏的电压。 而云层对地面的雷击所产生的瞬态电压的（如右图所示）则更大。 下图显示了典型的由雷击干扰引发的电流波。 感应负载开关 电感负载开关可产生能量很高且量值不断增加的瞬态电压。 当电感负载关闭的时候，断裂的磁场被转化为双指数瞬态形式的电能。 根据不同的产生源，瞬态现象可产生数百伏的电压和数百安培的电流，持续时间可达400毫秒。 典型的电感瞬态产生源包括: 发电机 电机 继电器 互感器 这些实例在电气和电子系统中应用广泛。 由于各种应用的负载各不相同，实际瞬态现象产生的波形、持续时间、峰值电流和峰值电压也都不同。 只要估算出这些可变量值，就能够选用合适的抑制器技术。 右图展示的是由汽车充电系统的交流发电机中聚集的能量引发的瞬态现象。 汽车的其它直流电机也可能会引发类似的瞬态现象。 例如电子锁、座椅和窗户等直流电机电子设备。 使用直流电机的不同应用设备都可以产生瞬态现象，它与由外界因