TVS工作原理及选型要点

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1、TVS瞬态电压抑制二极管原理及选型要点瞬态抑制二极管(TVS)又叫钳位型二极管，是目前国际上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，但却能吸收高达数千瓦的浪涌功率，它的主要特点是在反向应用条件下，当承受一个高能量的大脉冲时，其工作阻抗立即降至极低的导通值，从而允许大电流通过，同时把电压钳制在预定水平，其响应时间仅为10-12纳秒，因此可有效地保护电子线路中的精密元器件。TVS允许的正向浪涌电流在TA＝250C，T＝10ms条件下，可达50～200A。双向TVS可在正反两个方向吸收瞬

2、时大脉冲功率，并把电压钳制到预定水平，双向TVS适用于交流电路，单向TVS一般用于直流电路。可用于防雷击、防过电压、抗干扰、吸收浪涌功率等，是一种理想的保护器件。耐受能力用瓦特(W)表示。下面以SMBJ22A为例：TVS器件的主要参数详解（1）VRWM：Workingpeakreversevoltage为了便于选型，此参数对应电路正常工作电压，即电路正常工作电压为22V及以下时，选择VRWM为22V的管子。也就是说，VRWM可以大于等于正常工作电压，但为了起到更好的保护目的，不要大得太多，需要综合考虑

3、VBR参数和其他参数。否则可能当电路输入电压远大于后级被保护电路（如DC-DC等）的极限损坏电压时，TVS仍不动作，起不到保护作用。TVS管在这个电压时不工作，但需考虑IR@VRWM指标，指的是在该电压下的静态电流，此电流在电路正常工作时使TVS管发热，造成功耗损失，选型时值越小越好。（2）击穿电压VBR器件在发生击穿的区域内，在规定的试验电流I(BR)下，测得器件两端的电压称为击穿电压，在此区域内，二极管成为低阻抗的通路。此参数有最小值和最大值，代表TVS动作电压区间，SMBJ22A在24.4-28

4、V之间的任意电压工作都是符合要求的，如1个SMBJ22A管子实际动作电压为25V，那么也在这个区间，其输出电压会钳位在25V，而不会高于25V。此电压代表直流电压。选型时，VBR最大值不能大于后级被保护电路的极限工作电压，否则可能会使后级电路烧坏，不能起到保护目的。同时，VBR最小值不能小于电路正常工作电压，可以看下面的V-I曲线，电路输入电压大于VBR最小值后，TVS动作，电流会增大，功耗会增加，器件会发热。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，V

5、WM=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，部份半导体厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。现在流行的标法是VBR的最小值一般比VRWM大10%左右，是为了应对可能电路中实际工作电压存在一定的浮动，留出余量。便于VRWM对应正常工作电压的选型。（3）最大反向脉冲峰值电流IPP在反向工作时，在规定的脉冲条件下，器件允许通过的最大脉冲峰值电流。IPP与最大钳

6、位电压VC(MAX)的乘积，就是瞬态脉冲功率的最大值。额定瞬态脉冲功率PPR应大于被保护器件或线路可能出现的最大瞬态浪涌功率。如SMBJ22A，在输入电压为37V时，电流为37/（35.5/16.9）=18.5A，功率为18.5*37=684.5W，已经超过TVS的额定功率600W，此时TVS会被烧坏。电路中可以增加PTC、电阻等器件串联进行限流保护，则超过VC电压也不一定会烧坏TVS。在特定的最大钳位电压下，功耗PM越大，其瞬态浪涌电流的承受能力越大。在特定的功耗PM下，钳位电压VC越低，其瞬态浪涌

7、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，元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。VC指的是瞬态电压最大值，当浪涌脉冲符合TVS的动作相应时间时，只要电压峰值小于VC，该TVS都会被钳位到其动作电压，比如前面提到的某个管子动作电压为25V，那么电路输出就会被钳位到25V。VC不能大于后级被保护电路的瞬态极限损坏电压。当瞬时脉冲结束以后，TV

8、S二极管自动回覆高阻状态，整个回路进入正常电压。许多元件在承受多次冲击后，其参数及性能会产生退化，而只要工作在限定范围内，二极管将不会产生损坏或退化。（4）其他选型参数对于数据接口电路的保护，还必须注意选取具有合适电容C的TVS器件。原则是越高，容值越低。电容器量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太大将使讯号衰减。因此，C是数据介面电路选用TVS的重要参数。电容器对于数据/讯号频率越高的