TSS半导体放电管选型及应用电路

1.TSS工作原理

半导体放电管TSS(Thyristor Surge Suppressors)是一种采用半导体工艺制成的PNPN结四层结构器件,其伏安特性与晶闸管类似,具有典型的开关特性。一般并联在电路中应用,正常工作状态下半导体放电管处于截止状态,当电路中由于感应雷、操作过电压等出现异常过电压时,半导体放电管快速导通泄放由异常过电压导致的异常过电流,保护后端设备免遭异常过电压的损坏,异常过电压消失后,半导体放电管又恢复至截止状态。需要注意的是,半导体放电管的反向截止电压要大于被保护电路的最大工作电压,否则会影响被保护电路的正常工作和TSS的使用寿命。

2.TSS主要参数

  1. 断态电压 VRM 与漏电流 IRM:断态电压 VRM 表示半导体过压保护器不导通的最高电压,在这个电压下只有很小的漏电流 IRM。
  2. 击穿电压 VBR:通过规定的测试电流 IR(一般为 1mA)时的电压,这是表示半导体过压保护器开始导通的标志电压。
  3. 转折电压 VBO 与转折电流 IBO:当电压升高达到转折电压 VBO(对应的电流为转折电流 IBO)时,半导体过压保护器完全导通,呈现很小的阻抗,两端电压VT立即下降到一个很低的数值(一般为5V左右)。
  4. 峰值脉冲电流 IPP:半导体过压保护器能承受的最大脉冲电流。
  5. 维持电流 IH:半导体过压保护器继续保持导通状态的最小电流。一旦流过它的电流小于维持电流 IH,它就恢复到截止状态。
  6. 静态电容 C:半导体过压保护器在静态时的电容值。

3.TSS特点

优点:

  1. 击穿(导通)前相当于开路,电阻很大,漏电流小,一般为几微安甚至零点几微安;
  1. 击穿(导通)后相当于短路,TSS管两端电压接近0V,可通过很大的电流最大几百安培,VT压降很小;
  2. 具有双向对称特性。
  3. 响应速度都很快,ns 级。
  4. 击穿电压一致性好。
  5. 封装有SMA/DO-214AC,SMB/DO-214AA,TO-92,DO-15,DO-27等,目前以SMA,SMB为主流。

缺点:

  1. 通流量较小,只有几百 A。
  2. 击穿电压只有若干特定值。
  3. 电容较大,有几十至几百pF

4.TSS 选型

1)VDRM:截止电压必须大于被保护的电路的最大工作电压,小于最大极限电压。否则的话,不仅影响被保护电路的正常工作,还影响TSS的使用寿命;

2)VS:转折电压必须大于设备信号正常工作电压,小于设备最大极限电压;

3)IH:维持电流必须大于设备的工作电流;

4)C:寄生电容根据电路所允许的插入损耗或信号传输的频率选择;

5)IPP:最大瞬间峰值电流IPP必须大于通讯设备标准的规定值;

6)Pw:半导体放电管处于导通状态时,所损耗的功率应小于其额定功率;

7)由于半导体放电管是一种开关型过电压保护器件,导通后电压比较低,为此不能单独应用在较高的电源线保护中;

8)一般并联在电路之中。

5.TSS 运用领域

半导体放电管TSS广泛应用于通信、安防、工业等电子产品的通信线保护中。

1、RS232/RS422/RS485 接口

2、XDSL 和 ISDN、HDSL 传输设备

3、用户前端设备,如:电话机、传真机、Modem

4、T1/E1接口

5、仪器仪表、及其配线架、以太网、CATV设备

6、安防产品、远程监控、远程抄表等产品中

6.TSS 应用电路

1. CAN接口静电浪涌保护方案

用于CAN接口的浪涌保护,采用低残压的TSS,有效保护接口,

IEC61000-4-5 浪涌10/700μs,8KV。

2. LED开路保护方案

PLED开路保护器件专用于LED灯珠串联电路,当某一个 LED 灯珠损坏或开路时并不影响其他 LED灯珠的正常工作;并同时具有防过压保护性能,使得 LED 能抵抗瞬时雷击。

具有导通电压低、反应迅速、故障排除后可自恢复等

特点,大大提高了 LED 电路工作的稳定性。

应用说明

LED 灯珠正常工作时:

D1~Dn 位置的LED 灯珠正常工作时,电路工作电压为 3.3V~3.5V,PLED开路保护器件对电路没有影响。

LED 灯珠出问题时:

当电路中某一LED 灯珠处于开路状态时,PLE开路保护器件启动,充当旁路导线的作用,PLED两端电压小于 1 V。其他 LED灯珠可以继续正常工作。当开路的 LED恢复正常工作后,PLED开路保护器件自动恢复到关断状态。

3. RS422 RS485静电浪涌保护方案

采用低残压的TSS,有效保护RS422 RS485芯片,TSS反应时间为ns级,既可防浪涌,又可防静电. IEC61000-4-5 浪涌10/700μs,6KV。

4. SLIC 用户接口电路防护  LM61089B

LM61089B 是一种双正向传导缓冲门晶闸管(SCR)过压保护器。其设计用于保护单片 SLIC

(用户线路接口电路)防止雷电、交流电源触点和感应引起的电话线路过电压。这个

LM61089B 限制超过 SLIC 供电轨电压的电压。指定 LM61089B 参数以允许设备符合 Bellcore  GR-1089-CORE 第 2 版和 ITU-T 建议 K.20、K.21 和 K.45。 LM61089B 参数如下。

### TSS二极管的技术规格 TSS二极管(Thyristor Surge Suppressors),即半导体放电管,是一种基于PNPN四层结构设计的器件。它的技术规格主要包括以下几个方面: - **击穿电压范围**:TSS二极管的击穿电压可以从几十伏到几百伏不等[^3]。 - **导通压降**:一旦触发导通,其导通压降低至仅几伏特。 - **浪涌吸收能力**:能够承受高达数百安培甚至更大的瞬态电流冲击。 --- ### TSS二极管的工作原理 TSS二极管的核心工作原理在于利用其开关特性来实现过电压保护功能。具体而言,在正常情况下,TSS二极管保持高阻抗状态,几乎不会消耗任何电流;然而,当电路中的电压超过预设阈值时,它会迅速进入低阻抗状态并将多余的能量释放到地面,从而有效抑制异常高压对后续负载的影响。待异常情况解除后,该元件又能自动返回初始关闭模式[^2]。 此外,得益于量子隧穿效应的存在,这一过程可以极其高效地完成,使得TSS非常适合应用于高频以及高速切换需求下的环境之中[^1]。 --- ### TSS二极管的应用场景 鉴于上述特点,TSS二极管广泛用于各类电子系统的防护措施当中,特别是在那些可能遭遇突发性过高输入信号威胁的地方尤为常见。典型应用领域如下所示: - **通信设备**:保障基站收发信机不受外部干扰源侵害; - **工业自动化控制面板内部线路安全维护**; - **家用电器电源接口处设置屏障抵御意外波动侵袭**; - **汽车电子产品供电网络稳定性增强方案之一部分构成要素**。 这些实例充分体现了TSS作为一款性能卓越且可靠耐用的选择对于现代复杂电气架构的重要性所在。 ```python # 示例代码展示如何模拟简单的TSS行为模型 (伪代码) class TSSTube: def __init__(self, breakdown_voltage): self.breakdown_voltage = breakdown_voltage def conduct(self, voltage): if voltage >= self.breakdown_voltage: return True # 导通状态 else: return False # 截止状态 ```
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