TVS(瞬变抑制)二极管参数与选型

TVS（瞬变抑制）二极管参数与选型TVS管的英文名是TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR，中文名叫瞬变抑制二极管。

它在承受瞬间高能量脉冲时，能在极短的内由原来的高阻抗状态变为低阻抗，并把电压箝制到特定的水平，从而有效的保护用户的设备和元器件不受损坏。

由于其具有箝位电压低、动作时间快等特点；因此比较适合于多级保护电路的末级保护。

此外也能和其它保护元件配合使用，组成专用的防雷装置。

目录TVS的参数特性TVS的应用TVS和其它浪涌保护元件的区别TVS的选用方法TVS管TVS的参数特性１.TVS特性TVS管是典型的PN结雪崩器件，和普通稳压管的击穿特性差不多。

但这条曲线只反映了TVS特性的一个部分，还必须补充下图所示的特性曲线，才能反映TVS的全部特性。

这是在双踪示波器上观察到的TVS管承受大电流冲击时的电流及电压波形。

图中曲线1是TVS管中的电流波形，它表示流过TVS管的电流由1mA突然上升到峰值，然后按指数规律下降，造成这种电流冲击的原因可能是雷击、过压等。

曲线2是TVS管两端电压的波形，它表示TVS中的电流突然上升时，TVS两端电压也随之上升，但最大只上升到VC值，这个值比击穿电压VBR略大，从而对后面的电路元件起到保护作用。

TVS在电路中和稳压管一样，是反向使用的。

2.参数说明A.击穿电压（VBR）：TVS在此时阻抗骤然降低，处于雪崩击穿状态。

B.测试电流（IT）：TVS的击穿电压VBR在此电流下测量而得。

一般情况下IT取１mA。

C.反向变位电压（VRWM）：TVS的最大额定直流工作电压,当TVS两端电压继续上升，TVS将处于高阻状态。

此参数也可被认为是所保护电路的工作电压。

D.最大反向漏电流（IR）：在工作电压下测得的流过TVS的最大电流。

E.最大峰值脉冲电流（IPP）：TVS允许流过的最大浪涌电流，它反映了TVS的浪涌抑制能力。

F.最大箝位电压（VC）：当TVS管承受瞬态高能量冲击时，管子中流过大电流，峰值为IPP，端电压由VRWM值上升到VC值就不再上升了，从而实现了保护作用。

浪涌过后，随时间IPP以指数形式衰减，当衰减到一定值后，TVS两端电压由VC开始下降,恢复原来状态。

最大箝位电压VC和击穿电压VBR之比称箝位因子Cf，表示为Cf= VC /VBR，一般箝位因子仅为1.2～1.4。

G.峰值脉冲功率(PP)：PP按峰值脉冲功率的不同TVS分为四种，有500Ｗ、600Ｗ、1500Ｗ和5000Ｗ。

H.最大峰值脉冲功率：最大峰值脉冲功率为：PN=VC・IPP。

显然，最大峰值脉冲功率愈大,TVS所能承受的峰值脉冲电流IPP愈大；另一方面，额定峰值脉冲功率PP确定以后，所TVS能承受的峰值脉冲电流IPP，随着最大箝位电压VC的降低而增加。

TVS最大允许脉冲功率除了和峰值脉冲电流和箝位电压有关外，还和脉冲波形、脉冲持续时间和环境温度有关。

对于几种不同的脉冲波形PN=K・VC・IPP,其中K为功率因数，图3给出了几种典型脉冲波形的K值。

TVS器件规定,脉冲重复率比(脉冲持续时间和间歇时间之比)为0.01[[[[[%]]]]]。

如不符合这一条件，脉冲功率的积累有可能使TVS烧毁。

电路设计人员应注意这一点。

TVS 的工作是可靠的，即使长期承受不重复性大脉冲的高能量的冲击，也不会出现"老化"问题。

试验证明，TVS安全工作于10000次脉冲后,其最大允许脉冲功率仍为原值的80％以上。

TVS所能承受的瞬时脉冲峰值可达数百安培，其箝位响应时间仅为1*10-12 秒；TVS所允许的正向浪涌电流,在25℃,1/120秒的条件下,也可达50-200安培。

一般地说,TVS 所能承受的瞬时脉冲是不重复的脉冲。

而实际应用中，电路里可能出现重复性脉冲。

TVS的应用TVS主要用于对电路元件进行快速过电压保护。

它能"吸收"功率高达数千瓦的浪涌信号。

TVS具有体积小、功率大、响应快、无噪声、价格低等诸多优点,它的应用十分广泛，如:家用电器；电子仪器；仪表；精密设备；计算机系统；通讯设备;RS232、485及CAN等通讯端口；ISDN的保护；I/O端口；IC电路保护；音、视频输入；交、直流电源；电机、继电器噪声的抑制等各个领域。

它可以有效地对雷电、负载开关等人为操作错误引起的过电压冲击起保护作用。

TVS用于交流电路：TVS用于交流电路是极方便的。

它可以保护变压器以后的所有电路元件。

由于加上TVS1,电路保险丝容量要加大。

TVS2也是一只双向TVS管，它可以对桥式整流器及以后的电路元件实行过电压保护。

它的Vb值及VC值应和变压器副边输出电压相适应。

TVS3是一只单向TVS管，因为加在它上面的电压是已整流后的流电直压,TVS3只保护负载不受过电压冲击,电路中可以根据需要使用三个TVS管中的一只或几只。

TVS和其它浪涌保护元件的区别TVS和压敏电阻这种金属氧化物变阻器相比具有极其优越的性能。

关键参数或极限值TVS 电阻器反应速度10-12 秒50*10－9秒是否会老化否是最高使用温度175 115元件极性单极性和双极性单极性反向漏电典型值5uA 200 uA箝位因子（VC/BV）≯1.5 最大可达7-8封装性质密封不透气透气价格贵便宜TVS的选用方法1.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。

S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.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。

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.如果知道比较准确的浪涌电流IPP，那么可以利用VC来确定其功率，如果无法确定功率的大概范围，一般来说，选择功率大一些比较好。

6.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。

处理瞬时脉冲对器件损害的最好办法是将瞬时电流从敏感器件引开。

TVS二极管在线路板上与被保护线路并联，当瞬时电压超过电路正常工作电压后，TVS二极管便发生雪崩，提供给瞬时电流一个超低电阻通路，其结果是瞬时电流通过二极管被引开，避开被保护器件，并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。

当瞬时脉冲结束以后，TVS 二极管自动回复高阻状态，整个回路进入正常电压。

许多器件在承受多次冲击后，其参数及性能会发生退化，而只要工作在限定范围内，二极管将不会发生损坏或退化。

从以上过程可以看出，在选择TVS二极管时，必须注意以下几个参数的选择：1. 最小击穿电压VBR和击穿电流IR。

VBR是TVS最小的击穿电压，在25℃时，低于这个电压TVS是不会发生雪崩的。

当TVS流过规定的1mA电流(IR)时，加于TVS两极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VBR分为5%和10%两种。

对于5%的VBR来说，VWM=0.85VBR；对于10%的VBR来说，VWM=0.81VBR。

为了满足IEC61000-4-2国际标准，TVS二极管必须达到可以处理最小8kV(接触)和15kV(空气)的ESD冲击，有的半导体生产厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。

对于某些有特殊要求的便携设备应用，设计者可以按需要挑选器件。

2. 最大反向漏电流ID和额定反向关断电压VWM。

VWM这是二极管在正常状态时可承受的电压，此电压应大于或等于被保护电路的正常工作电压，否则二极管会不断截止回路电压；但它又需要尽量与被保护回路的正常工作电压接近，这样才不会在TVS工作以前使整个回路面对过压威胁。

当这个额定反向关断电压VWM加于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ID。

3. 最大箝位电压VC和最大峰值脉冲电流IPP。

当持续时间为20mS的脉冲峰值电流IPP 流过TVS时，在其两端出现的最大峰值电压为VC。

VC、IPP反映了TVS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。

VC是二极管在截止状态提供的电压，也就是在ESD冲击状态时通过TVS的电压，它不能大于被保护回路的可承受极限电压，否则器件面临被损伤的危险。

4. Pppm额定脉冲功率，这是基于最大截止电压和此时的峰值脉冲电流。

对于手持设备，一般来说500W的TVS就足够了。

最大峰值脉冲功耗PM是TVS能承受的最大峰值脉冲功耗值。

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，有可能损坏TVS。

5. 电容量C。

电容量C是由TVS雪崩结截面决定的，是在特定的1MHz频率下测得的。

C的大小与TVS的电流承受能力成正比，C太大将使信号衰减。

因此，C是数据接口电路选用TVS的重要参数。

电容对于数据/信号频率越高的回路，二极管的电容对电路的干扰越大，形成噪声或衰减信号强度，因此需要根据回路的特性来决定所选器件的电容范围。

高频回路一般选择电容应尽量小(如LCTVS、低电容TVS，电容不大于3pF)，而对电容要求不高的回路电容选择可高于40pF。

注：TVS的选型最大箝位电压VC要小于电路允许的最大安全电压。

截止电压VRWM大于电路的最大工作电压，一般可以选择VRWM等于或者略大于电路的最大工作电压。

额定的最大脉冲功率（TVS参数中给出）PM要大于最大瞬态浪涌功率。

直流电中选用举例：整机直流工作电压12V，最大允许安全电压25V（峰值），浪涌源的阻抗50MΩ，其干扰波形为方波，TP=1MS ，最大峰值电流50A。

选择：1、先从工作电压12V选取最大反向工作电压VRWM为13V，则击穿电压：V(BR) =VRWM /0.85=15.3V2、从击穿电压值选取最大箝位电压Vc(MAX)=1.30×V(BR)=19.89V，取Vc=20V3、再从箝位电压VC和最在峰值电流IP计算出方波脉冲功率：PPR=VC×IP=20×50=1000W4、计算折合为TP=1MS指数波的峰值功率，折合系数K1=1.4，PPR=1000W÷1.4=715W从手册中可查到1N6147A其中PPR=1500W，变位电压VRWM=12.2V，击穿电压V(BR)=15.2V，最大箝位电压Vc=22.3V，最大浪涌电流IP=67.3A。