TVS二极管在电路设计中的应用

TVS二极管在电路设计中的应用

摘要：瞬变电压抑制二极管（Transient Voltage Suppressor）是一种保护敏感元器件免受ESD和EMI浪涌脉冲的有效、低成本的器件。本文介绍了TVS二极管的特性及关键参数；给出了TVS二极管选型及在电路设计中的典型应用，同时给出了TVS二极管的性能优化及使用时注意事项。

关键词：TVS；电路设计；元器件保护 Abstract: Transient voltage suppression is an effective low-cost chip, to protect sensitive electronic component from

electrostatic discharge and electromagnetic interference surge interference. In this article , will describes as below : 1). the characteristics and Key parameters of Transient voltage suppression; 2). How to select Transient voltage suppression and the typical application in circuit design, 3).the Transient voltage suppression performance optimization and operating precautions.

Key words: TVS; circuit design; electronic component protection

引言

瞬态抑制(TVS)二极管又叫箝位型二极管，是目前普遍使用的一种高效能电路保护器件，它的外型与普通二极管相同，但其吸收的浪涌功率可达数千瓦，它的主要特点是在

反向应用条件下，当承受一个高能量的脉冲时，其工作阻抗立即降至极低的导通值，从而

允许大电流通过，同时把电压箝制在预定水平，其响应时间<1ns，因此可有效地保护电子

线路中的精密元器件。具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位

电压较易控制、损坏极限较高、体积小等优点。

1 TVS二极管的特性及关键参数

1.1 TVS二极管的特性

在规定的反向应用条件下，TVS二极管对受保护的线路呈高阻抗状态。当瞬间电压超过其击穿电压时，TVS二极管就会提供一个低阻抗的路径，并通过大电流方式使流向被保护元器件的瞬间电流分流到TVS二极管，同时将受保护元器件两端的电压限制在TVS二极

管的箝位电压。当过压条件消失后，TVS二极管又恢复到高阻抗状态。

1.2 TVS二极管的关键参数

1.2.1 最小击穿电压V BR

器件在发生击穿的区域，在规定的试验电流I BR（一般情况I BR＝1mA）下，测得器件两端的电压称为最小击穿电压。

1.2.2 反向断态电压V RWM

TVS二极管最续工作的直流或脉冲电压，该电压施加于TVS二极管的两极间时，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I R。

1.2.3 脉冲峰值电流I PP

反向工作时，在规定的脉冲波形（如：10/1000μs双指数波形）条件下，器件允许通过的最大浪涌电流。

1.2.4 最大箝位电压V C

当脉冲峰值电流I PP流过TVS二极管时，其两端出现的最大电压值称为箝位电压V C。V C和I PP反映了TVS二极管的浪涌抑制能力。通常把V C与V BR之比称为箝位因子（系数），其值一般在1.2～1.4之间。

1.2.5 脉冲峰值功率P PP

脉冲峰值功率P PP是指脉冲峰值电流I PP与最大箝位电压V C的乘积，即P PP＝I PP×V C。它是TVS二极管能承受的最大峰值功率。在给定的最大箝位电压下，脉冲峰值功率P PP越大，其浪涌电流的承受能力越大。

1.2.6 结电容C J

TVS二极管结电容C J是由其硅片的雪崩结截面和偏置电压来决定的，是在特定频率（1MHz）下测得。 C J的大小与TVS二极管的电流承受能力成正比，C J太大，将使信号衰减。因此，电容C J是数据接口电路选用TVS二极管的重要参数。

1.2.7 最大反向漏电流I R

当反向断态电压V RWM施加到TVS二极管上时，TVS二极管对应的电流I R。

2 选用TVS二极管的注意事项

在选用TVS二极管时，根据电路的具体情况，一般应考虑以下几个主要因素：

a) 若TVS二极管有可能承受来自两个方向的尖峰脉冲电压冲击时，优先选用双极性。交流电路必须选用双极性TVS二极管；多线保护选用TVS二极管阵列。大功率保护选用TVS二极管专用保护模块。

b) 所选用TVS二极管的V C值必须低于被保护元件的最高工作电压（峰值），也不能大于被保护回路的可承受极限电压，否则被保护元件有可能被损坏。

c) TVS二极管的反向断态电压V RWM应大于或等于被保护电路的最大工作电压。若选用的V RWM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。

d) TVS二极管在正常工作状态下不能处于击穿状态，所承受的电必须处于V RWM以下，应综合考虑 V RWM和V C两方面的要求来选择适当的器件型号。

e) 利用V C×I PP来确定功率，如果没有准确的I PP值，可根据电磁兼容试验数据或经验值来确定。

f) 结电容C J的大小与TVS二极管的电流承受能力成正比，但C J过大将使信号衰减。对于信号频率越高的电路，结电容对电路的影响越大，形成噪声也较大。在实际使用电路信号频率较高时，需要考虑结电容参数，如果多个节点并联使用，应特别关注。高频回路一般选择电容量小的LCTVS管（如USB2.0口，要求结电容低于3pF），或者用一个TVS 二极管与一个快恢复二极管以背对背方式连接。

g) TVS二极管可在-55℃～+150℃温度围工作。由于其反向漏电流I R是随温度增加而增大、功耗随TVS管结温增加而下降，大约线性下降；击穿电压随温度的增加按一定的系数增加。因此，必须查阅有关产品资料，考虑温度变化对其特性的影响。

h) 在规定的脉冲持续时间，TVS二极管的最大峰值脉冲功率P PP必须大于被保护电路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。一般TVS二极管的最大峰值脉冲功率是以10/1000μs的非重复脉冲给出的，而实际的脉冲宽度是由脉冲源决定的，当脉冲宽度不同时其峰值功率也不同。

i) TVS二极管应用在继电器、功率开关或电机控制等场合下，需要承受有规律的、短暂的脉冲群冲击，应考虑这种冲击对平均稳态功率参数选择的影响。