浪涌吸收器在產(chǎn)品測試中的應用

摘要：在電裝車(chē)間發(fā)生元器件損壞事件，大部分都是因為過(guò)電應力損傷、電流過(guò)大燒毀、大電壓擊穿，這些失效模式是典型的浪涌損壞。在此分析了浪涌產(chǎn)生的機理，早期的浪涌吸收器響應時(shí)間一般為μs級，不能很好地抑制某些高速浪涌。根據TVS管特性，把它加入到電子產(chǎn)品中可有效抑制高速浪涌的產(chǎn)生，在某軍用電子產(chǎn)品中具體做了實(shí)驗，從脈沖產(chǎn)生的數據表中，可明顯看到增加TVS管后，抑制了浪涌產(chǎn)生，保證了產(chǎn)品的測試精度，減少了元器件的損傷，提高了產(chǎn)品的抗干擾能力。
關(guān)鍵詞：TVS器件；浪涌；靜電保護；干擾

0 引言
對精度要求極高(穩定性2．5×105)電子產(chǎn)品，裝配調試時(shí)應將溫度、電源、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等影響因素降到最小程度。
由于電裝車(chē)間的諸多不同儀器設備共用同一電源和地線(xiàn)，在調試、測試高精度產(chǎn)品時(shí)，經(jīng)常發(fā)現當開(kāi)關(guān)其他用電設備(如：高溫箱、電風(fēng)扇)時(shí)，產(chǎn)品輸出數據發(fā)生跳變。文獻指出“當接通或斷開(kāi)電感負載、繼電器的線(xiàn)圈或變壓器一側開(kāi)關(guān)元器件，經(jīng)常產(chǎn)生開(kāi)關(guān)浪涌電壓或電流，尤其以切斷空載變壓器和繼電器最為嚴重”。浪涌電壓或電流是指電路在工作過(guò)程中有時(shí)出現比正常電壓或電流高出很多倍的電壓或電流。浪涌電壓(電流)的特點(diǎn)是作用時(shí)間短，作用電壓(電流)大。例如直流6 V的繼電器或線(xiàn)圈斷電時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓高達300～600V。
浪涌的產(chǎn)生有外因也有內因，外部因素主要是供電電源引入，內部因素主要是電路自身斷開(kāi)感性負載(繼電器、變壓器等)、電容器等。如果電路設計未考慮浪涌對元器件的影響，那么，元器件就處于被浪涌損傷的危險情況。這些年許多電裝車(chē)間發(fā)生數起元件損壞事件，對其中的幾個(gè)損壞的元件作失效分析，其結果多為：過(guò)電應力損傷、電流過(guò)大燒毀、大電壓擊穿，這些失效模式是典型的浪涌損壞結果。
可見(jiàn)，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高工作效率；避免元器件損壞，節約成本；提高產(chǎn)品可靠性；配合今后生產(chǎn)線(xiàn)改造，適應批量生產(chǎn)形式的需求，研究涌浪電壓(電流)產(chǎn)生的深層次機理和如何消除或抑制浪涌電壓(電流)是非常重要的。
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的研究和試驗，找到了一種比較好的浪涌抑制器件(TVS管)。將該器件加裝在某軍工產(chǎn)品測試臺上，可以有效抑制高溫箱開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的浪涌影響。為了進(jìn)一步試驗其可靠性，我們已經(jīng)在某工位安裝使用該器件4個(gè)月，結果表明這款電子產(chǎn)品測試試驗時(shí)很少發(fā)生跳大數現象。

1 浪涌的抑制方法以及國內外現狀
最常見(jiàn)的浪涌的抑制方法是給電子設備加裝浪涌吸收器。如前所述，浪涌作用的時(shí)間短(ns或μs級)、量級大(幾百到幾千V)，這就對浪涌吸收器提出2個(gè)要求：響應時(shí)間快；短期過(guò)載能力強。
早期浪涌吸收器有：RC濾波器、D型二極管、硒整流器、氧化鋅壓敏電阻器、雪崩二極管等。這些器件曾得到廣泛的應用，但是其響應時(shí)間一般為μs級，不能很好地抑制某些高速浪涌。隨著(zhù)電子制造技術(shù)的提高，近年來(lái)西方出現了一種理想的浪涌吸收器(Transitent Voltage Suppressor Diode，TVS)。TVS能承受瞬時(shí)脈沖功率高達上kW，其箝位響應時(shí)間僅為1 ps，允許的正向浪涌電流可達50～200A。
TVS在美國應用十分廣泛，特別是在軍事電子裝備中非常重視，美國軍標不僅出版了不少TVS器件的標準，同時(shí)在線(xiàn)路應用方面也有軍標。如在文獻列出不少TVS的應用實(shí)例；文獻中也談到了TVS的應用。TVS在國內的應用，正處于推廣應用階段。所以，掌握TVS器件的特點(diǎn)，并將其正確應用，將大大提高產(chǎn)品的可靠性和抗電磁干擾性能。

2 TVS器件的特點(diǎn)與電特性
TVS器件的特點(diǎn)：在規定的反向應用條件下，當承受一個(gè)高能量的瞬時(shí)過(guò)壓脈沖時(shí)，其工作阻抗能立即降至很低的導通值，允許大電流通過(guò)，并將電壓抑制到預定水平，從而有效地保護電子線(xiàn)路的精密元器件免受損傷。
單向TVS的電特性如圖1所示，其正向特性與普通穩壓二極管相同，反向擊穿拐點(diǎn)近似“直角”為硬擊穿是典型的PN結雪崩器件。從擊穿點(diǎn)到UC值所對應的曲線(xiàn)段表明，當有瞬時(shí)過(guò)壓脈沖時(shí)，器件的電流急劇增加而反向電壓則上升到拉電壓值，并保持在這一水平上。