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电路保护基础之--TVS管的知识及选型使用

热度 1已有 924 次阅读2015-4-5 19:22 |系统分类:模拟技术| TVS

定义：

瞬态二极管（Transient Voltage Suppressor）简称TVS，是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS 二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，同时吸收一个大电流，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。

分类：

按照极性分类：可分为单极性和双极性两种。抑制反向的用单向TVS，常以“A”结束，例如：SMBJ15A，P6KE15A；有交流的用双向TVS，常以"CA"结束，例如：SMBJ15CA，P6KE15CA。

按照用途分类：各种电路都适用的通用型器件；特殊电路适用的专用型器件。例如：各种交流电压保护器、4~200mA电流环保器、数据线保护器、同轴电缆保护器、电话机保护器等。

按照封装分为：双列直插TVS阵列（适用多线保护）、直插式、贴片式、组件式和大功率模块式等。

特点：

具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。

电路中的作用：

“TVS瞬态抑制二极管”是一种高品质的突波吸收器，以二极管（伏安特性），反向并联在电路中。在电路中产生瞬态电压时，TVS利用雪崩原理，以P秒级的反应速度瞬间起到分流限压作用、从而保护负载不被损坏。

将TVS 二极管加在信号及电源线上，能防止微处理器或单片机因瞬间的脉冲，如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。
静电放电效应能释放超过10000V、60A 以上的脉冲，并能持续10ms；而一般的TTL 器件，遇到超过30ms 的10V脉冲时，便会导至损坏。利用TVS 二极管，可有效吸收会造成器件损坏的脉冲，并能消除由总线之间开关所引起的干扰（Crosstalk）。
将TVS二极管放置在信号线及接地间，能避免数据及控制总线受到不必要的噪声影响。

特性参数：

单向TVS管特性曲线：

双向TVS管特性曲线：

关键参数：

VF@IF ：正向导通电压（正向压降），正向导通电流。

Vrwm@Ir:Vrwm为额定反向关断电压，Ir 为最大反向漏电流。

Vrwm 是TVS 最大连续工作的直流或脉冲电压，当这个反向电压加入TVS 的两极间时，它处于反向关断状态，流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流Ir 。

在此阶段，TVS为不导通状态。

Vbr@It:Vbr为最小击穿电压（即崩溃电压），It为击穿电流（崩溃电压之测试电流）

Vbr 是TVS 最小的雪崩电压。25℃时，在这个电压之前，TVS 是不导通的。当TVS 流过规定的1mA 电流（It）时，加入TVS 两极间的电压为其最小击穿电压Vbr 。按TVS 的Vbr与标准值的离散程度，可把TVS 分为±5%Vbr和±10%Vbr两种。对于±5%Vbr来说，Vrwm =0.85Vbr；对于±10%Vbr来说，Vrwm =0.81Vbr。

Vc@Ipp：Vc为最大箝拉电压， Ipp为最大峰值脉冲电流

当持续时间为20微秒的脉冲峰值电流Ipp流过TVS 时，在其两极间出现的最大峰值电压为Vc。它是串联电阻上和因温度系数两者电压上升的组合。Vc 、Ipp反映 TVS 器件的浪涌抑制能力。Vc 与Vbr之比称为箝位因子，一般在1.2~1.4之间。

电容量C

电容量C 是TVS 雪崩结截面决定的、在特定的1MHZ频率下测得的。C 的大小与TVS 的电流承受能力成正比，C 过大将使信号衰减。因此，C 是数据接口电路选用TVS 的重要参数。

最大峰值脉冲功耗PM

PM 是TVS 能承受的最大峰值脉冲耗散功率。其规定的试验脉冲波形和各种TVS 的PM 值，请查阅有关产品手册。在给定的最大箝位电压下，功耗PM 越大，其浪涌电流的承受能力越大；在给定的功耗PM 下，箝位电压VC 越低，其浪涌电流的承受能力越大。另外，峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且TVS 所能承受的瞬态脉冲是不重复的，器件规定的脉冲重复频率（持续时间与间歇时间之比）为0.01%，如果电路内出现重复性脉冲，应考虑脉冲功率的“累积”，有可能使TVS 损坏。

箝位时间TC

TC 是TVS两端电压从零到最小击穿电压VBR 的时间。对单极性TVS一般是1×10-12秒；对双极性TVS一般是1×10-11 秒。

TVS二极管的选型步骤如下：

1、确定待保护电路的直流电压或持续工作电压。如果是交流电，应计算出最大值，即用有效值*1.414。

2、TVS的反向变位电压即工作电压（VRWM）--选择TVS的VRWM等于或大于上述步骤1所规定的操作电压。这就保证了在正常工作条件下TVS吸收的电流可忽略不计，如果步骤1所规定的电压高于TVS的VRWM，TVS将吸收大量的漏电流而处于雪崩击穿状态，从而影响电路的工作。

3、最大峰值脉冲功率：确定电路的干扰脉冲情况，根据干扰脉冲的波形、脉冲持续时间，确定能够有效抑制该干扰的TVS峰值脉冲功率。

4、所选TVS的最大箝位电压（VC）应低于被保护电路所允许的最大承受电压。

5、单极性还是双极性-常常会出现这样的误解即双向TVS用来抑制反向浪涌脉冲，其实并非如此。双向TVS用于交流电或来自正负双向脉冲的场合。TVS有时也用于减少电容。如果电路只有正向电平信号，那麽单向TVS就足够了。TVS操作方式如下：正向浪涌时，TVS处于反向雪崩击穿状态；反向浪涌时，TVS类似正向偏置二极管一样导通并吸收浪涌能量。在低电容电路里情况就不是这样了。应选用双向TVS以保护电路中的低电容器件免受反向浪涌的损害。