浪涌多次作用后,TVS參數會不會漂移?
MDD辰達半導體-瞬態電壓抑制二極管(TVS)是一類專門用于吸收瞬態過電壓、保護電路中敏感元件的器件。它通過在過壓瞬間迅速擊穿導通,將能量分流至地,從而限制電壓尖峰幅度。許多工程師在使用過程中常常會問:如果系統多次遭受浪涌沖擊,TVS的參數會不會發生漂移?它還能保持原有的防護性能嗎?
一、TVS的工作機理與應力積累
TVS在浪涌事件中承受的是極高的瞬態電流和功率。雖然每次沖擊的持續時間極短(通常是微秒級),但能量非常集中。器件內部PN結在導通時會出現大電流密度和瞬態高溫,材料和結構都會受到應力沖擊。單次沖擊如果在器件額定范圍內,TVS能夠恢復正常狀態。但當浪涌作用多次疊加時,熱應力和電應力會逐漸積累,可能引發性能退化。
二、典型的參數漂移表現
在FAE現場經驗中,多次浪涌后,TVS常見的漂移表現主要有:
反向漏電流增加:原本在額定工作電壓下的微安級漏電流,可能逐漸上升到幾十微安甚至更高。
擊穿電壓下降:由于PN結結構局部損傷,器件可能在低于額定擊穿電壓的條件下提前導通。
鉗位電壓升高:結電阻上升導致在相同浪涌電流下的電壓被拉高,保護效果減弱。
完全失效:在極端情況下,TVS可能表現為開路(失去保護作用)或短路(直接擊穿損壞),影響整個系統工作。
這些變化屬于參數漂移的典型體現。雖然器件不一定立即失效,但其保護能力已經下降,長期使用存在風險。
三、影響漂移程度的因素
浪涌強度與次數:遠低于器件額定功率的浪涌,即使次數較多,也不會造成明顯漂移;但接近額定值的多次沖擊,累積效應顯著。
浪涌波形:10/1000μs、8/20μs等不同脈沖波形對應的能量差異很大,長脈沖對TVS的熱沖擊更明顯。
散熱與PCB設計:若布局合理、熱阻低,器件受損會相對緩解。反之,過孔少、銅皮面積不足,溫升更高,漂移加劇。
器件品質與余量設計:不同廠家、不同系列的TVS,其結結構和工藝差異會直接影響抗疲勞能力。設計中若沒有留足安全余量,漂移更容易發生。
四、工程設計中的應對策略
為了減小參數漂移對系統可靠性的影響,可以從以下幾方面考慮:
合理選型:在選型時,應確保TVS的額定浪涌能力高于實際需求至少2倍裕量,而不是僅僅滿足一次性測試要求。
多級防護:在電源入口處可使用MOV、GDT等器件分擔大能量,TVS作為快速響應的二級或三級防護,提高整體壽命。
定期驗證:在關鍵應用(如通信基站、電力設備)中,建議在實驗階段模擬多次浪涌,評估器件性能是否有明顯漂移。
加強PCB散熱:優化銅皮面積、布置散熱過孔,降低結溫,提高抗多次浪涌能力。
綜上所述,MDD-TVS在多次浪涌作用后確實可能發生參數漂移,其表現包括漏電流上升、擊穿電壓變化、鉗位能力下降等。漂移程度取決于浪涌強度、作用次數、波形以及器件本身的品質與設計余量。在系統設計中,如果僅考慮一次性測試通過,而忽視長期累積效應,就可能埋下隱患。因此,工程師在使用TVS時,不僅要關注初始參數,更要重視多次浪涌條件下的穩定性和可靠性。
