硬件设计:电路防护--TVS管

参考资料：TVS参数及选型方法

TVS参数理解

深圳市硕凯电子有限公司元器件产品说明

　　TVS(Transient Voltage suppressor)或称瞬变电压抑制二极管。当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以10^-12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，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。

一、TVS工作原理

　　TVS用于瞬间脉冲的抑制，与受保护器件并联。在正常工作状态下，TVS对受保护线路呈现高阻抗状态，当瞬间电压超过其击穿电压V_BR时，TVS就提供低阻抗路径给瞬间电流。使外界流向被保护器件的脉冲电流大部分流向TVS管，而受保护器件两端的电压被限制在TVS两端的钳制电压(Clamping Volatage)，当过压消失后，TVS二极管又将恢复到高阻抗状态。其单向TVS管和双向TVS管的V-I特性曲线如图1。

图1 TVS管特性曲线

二、TVS参数

　　2.1、V_c--Clamping Voltage @Ipp(最大箝位电压)

　　　　最大箝位电压是指在瞬变电压抑制二极管流过脉冲峰值电流I_pp时两端所呈现的电压值，如图1。

　　2.2、V_RWM--Working Peak Reverse Voltage(最大反向电压)

　　　　  I_r--Maximum Reverse Leakage Current @VRWM(最大反向漏电流)

　　　　最大反向电压表示TVS管不导通时的最高电压，通常V_RWM=(0.8~0.9)V_BR，此时TVS只有很小的反向漏电流I_r，如图1。

　　2.3、V_BR--Breakdown Voltage @I_T(反向击穿电压)

　　　　TVS管通过规定的测试电流I_T时的电压，这也是TVS管导通的标志电压。TVS管的击穿电压有±5%的误差范围(不带“A”的为±10%)。

　　2.4、P_pp--Maximum Peak Pulse Power(最大峰值脉冲功率)

　　　　脉冲峰值功率P_pp是指10/1000us波的脉冲峰值电流I_pp与最大箝位电压Vc的乘积，即P_pp=I_pp*V_c。

　　2.5、C_j--Junction Capacitance(结电容)

　　　　C_j主要是指TVS连接GND和I/O时，具有的电容值。C_d为TVS管的引脚寄生电容，通信速率越高，线路上使用的ESD保护期间的结电容要越低，否则将破坏数据信号。

　　2.6、I_pp--Peak Forward Surage Current(最大脉冲峰值电流)

　　　　TVS管可以承受的最大脉冲峰值电流。

三、TVS选型

　　3.1、最大篏位电压V_c的选择

　　　　瞬变电压抑制二极管(TVS)的最大箝位电压不能大于被防护电路可以承受的最大电压，否则会对被保护器件造成损坏。

　　3.2、脉冲峰值电流I_PP的选择

　　　　如果清楚了解流过TVS管的脉冲峰值电流时，可根据所需要的I_PP和V_c计算瞬变电压抑制二极管的最大峰值脉冲功率，然后再选取合适的TVS管。如果无法确定TVS管的脉冲峰值电流的大致范围，则尽量选用功率大的TVS管。当TVS管作为第二级保护时，一般使用500W~600W的器件就可以。　　　

　　3.3、最大反向工作电压V_RWM和击穿电压V_BR的选择(二者定其一即可)

　　　　TVS管的最大反向电压V_RWM不应低于电路的最大工作电压，一般可选择V_RWM等于或略高于电路最高工作电压U_M；按照V_RWM=(0.8~0.9)V_BR，击穿电压可按公式：V_BRmin≥1.2U_M或V_RWM≥1.1U_M选择。直流时，U_M即为直流电压；交流时，U_M为交流电压的有效值。

四、TVS使用注意事项

　　4.1、TVS管使用时，一般并联在被保护电路上，为了限制流过TVS管的电流不超过管子允许通过的峰值电流I_PP，应在线路上串联限流元件，如电阻、自恢复保险丝、电感等。

　　4.2、当TVS管用于信号传输电路保护时，一定要注意传输信号的频率和传输速率，信号频率或传输速率较高时，应选用低电容值的TVS管。信号频率(传输速率)≧10MHz(Mb/s)时，C_j应该满足≦60pF;信号频率(传输速率)≧100MHz(Mb/s)时，C_j应该满足≦20pF。

　　4.3、TVS管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(持续时间和间歇时间之比)为0.01%，如果电路中出现重复性脉冲，应考虑脉冲功率的累积，不然容易损坏TVS管。

五、TVS特点

　　优点：1、响应速度快(ps级)、瞬态功率大、漏电流低；

　　　　　2、击穿电压有从6.8V~550V的系列值，便于各种不同电压的电路使用；

　　　　　3、钳制电压较准确(±5%)；

　　缺点：1、结电容比较大(十几pF~几百pF);

　　　　　2、耐浪涌冲击能力较放电管和压敏电阻差，通流量一般在0.52A~544A的范围内;