开关电源作为产品系统供电核心,在设计电源时需外加保护电路以确保电源稳定供电,其中 TVS瞬态抑制二极管)与 MOV(压敏电阻)尤为关键。设计电源外围电路时 MOV 和 TVS 该如何选型?本文为你解答。
 
在开关电源应用中,为确保开关电源的供电稳定和电源本身的安全,会设计一些外围电路去保证开关电源在使用过程中不被损坏。这些外围电路包括浪涌冲击保护电路、防静电保护电路、传导骚扰、脉冲群抗扰电路。本文将对浪涌冲击保护电路中使用的压敏电阻 MOV 和 TVS 瞬态抑制二极管的使用和选型方法展开论述。
 
如图 1 所示是一个较为完整的 EMC 推荐电路:包括浪涌保护,传导骚扰,脉冲群抗扰等电路。
 

图 1
 

如图 2 所示是一个独立的 DC-DC 电源防浪涌冲击、防静电保护电路。
 

图 2
 
 

压敏电阻 MOV 的使用和选型
压敏电阻应该在其本身额定的参数条件之内工作,否则有可能导致压敏电阻发热劣化、甚至击穿的后果。压敏电阻的失效模式主要为短路,如果短路时间太长,会发生爆炸、起火、损坏周边的器件。压敏电阻具有价格便宜,抗浪涌能力强,电压范围大的特点,拥有相当广泛的运用。总结选型方法有以下几点可供参考:
 
1、根据压敏电压(UN)的选取
 
选取压敏电阻器的时候,首先要考虑到电网或者电路工作电压的波动幅度,选取压敏电阻的压敏电压时,要留有足够的余量。还要考虑到连续施加在压敏电阻两端的电源电压,选用压敏电压高一点的压敏电阻,可以降低故障率,延长使用寿命,但也有一个缺点就是残留的电压会增大。
 
2、根据通流量(IP)的选取
 
压敏电阻的标称放电电流应该大于要求承受的浪涌电流或者可能出现的最大浪涌电流。标称放电电流应该按照压敏电阻浪涌寿命次数定额曲线中冲击 10 次以上的数值进行计算,约为最大冲击通流量的 30%(即 0.3IP)左右。
 
3、根据箝位电压(VC)的选取
 
压敏电阻的箝位电压必须小于被保护的部件或设备能承受的最大电压(即安全电压)。
 
在直流回路中要求 UN≥(1.8~2)Vdc,交流回路中则要求 UN≥(2~2.5)Vac,而在信号回路中则需满足 UN≥(1.2-1.5)Vmax。同时在选择时注意避免残留电压过高损坏被保护电路即 VC 值选择不能过高。为了解决压敏电阻在动作后存在过高的残留电压 VC,在设计电路的时候往往会在 MOV 之后并联一个电容和一个 TVS 管来吸收和卸放残留电压确保电路中元器件不被损坏。
 
TVS 瞬态抑制二极管的使用和选型 

TVS 瞬态电压抑制器是一种二极管形式的高效能保护器件,具有极快的响应时间和相当高的浪涌吸收能力。当 TVS 的两端收到反向瞬态过压脉冲时,能以极快的速度把两端的高阻抗变为低阻抗,以吸收瞬间大电流,并将电压箝制在预定数值,从而有效保护电路中的元器件避免受到损坏。所以 TVS 瞬态抑制二极管被广泛应用与浪涌冲击和防静电冲击电路中。下面就如何选型正确的 TVS 管给出解释。
 
TVS 瞬态抑制二极管按照极性划分可分为单极性 TVS 和双极性 TVS 管,如图 3 所示为两种不同 TVS 管的 V-I 特性曲线图:
 

图 3
 

TVS 瞬态抑制二极管可以在多种电路场合下使用,起到保护电路元器件的作用,总结选型方法有以下几点可供参考:
 
1、首先确定被保护电路的最大直流或者连续工作电压、电路的额定标准电压和“高端”容限。
 
2、TVS 额定反向关断 VRWM 应大于或者等于被保护电路的最大工作电压。若选用的 VRWM 太低,器件可能进入雪崩或因反向漏电流太大影响电路的正常工作。
 
3、TVS 的最大箝位电压 VC 应小于被保护电路的损坏电压。
 
4、在规定的脉冲持续时间内,TVS 的最大峰值脉冲功耗 PM 必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。在确定了最大箝位电压后,其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。
 
5、对于数据接口电路的保护,还须注意选取合适的电容 C 的 TVS 器件。
 
6、根据用途选用 TVS 的极性及封装结构。交流电路选用双极性 TVS 较为合适,多线保护选用 TVS 阵列更为有利。
 
开关电源使用中,浪涌保护电路和防静电保护电路是必不可少的存在。在设计保护电路的时候往往会把压敏电阻 MOV 和 TVS 瞬态抑制二极管一起使用,从而起到多重保护的作用。如图 2 所示就是一种浪涌保护电路和防静电保护电路。途中输入和输出端都使用到了 TVS 瞬态抑制二极管,输出使用 TVS 是为了确保输出端因静电或者用电端产生的浪涌电压导致开关电源输出端的元器件的损坏。