淺析信號端口中電阻和TVS管對浪涌防護的影響

一、TVS管的特性及關鍵參數

1、TVS管的特性

在規定的反向應用條件下，TVS管對受保護的線路呈高阻抗狀態。當瞬間電壓超過其擊穿電壓時，TVS管就會提供一個低阻抗的路徑，并通過大電流方式使流向被保護元器件的瞬間電流分流到TVS二極管，同時將受保護元器件兩端的電壓限制在TVS管的箝位電壓。當過壓條件消失后，TVS管又恢復到高阻抗狀態。

2、TVS管的關鍵參數

（1）最小擊穿電壓VBR：器件在發生擊穿的區域內，在規定的試驗電流IBR（一般情況IBR＝1mA）下，測得器件兩端的電壓稱為最小擊穿電壓。

（2）反向斷態電壓VRWM：TVS管最大連續工作的直流或脈沖電壓，該電壓施加于TVS管的兩極間時，它處于反向關斷狀態，流過它的電流應小于或等于其最大反向漏電流IR。

（3）脈沖峰值電流IPP：反向工作時，在規定的脈沖波形（如：10/1000μs雙指數波形）條件下，器件允許通過的最大浪涌電流。

（4）最大箝位電壓VC：當脈沖峰值電流IPP流過TVS管時，其兩端出現的最大電壓值稱為箝位電壓VC。VC和IPP反映了TVS管的浪涌抑制能力。通常把VC與VBR之比稱為箝位因子（系數），其值一般在1.2～1.4之間。

（5）脈沖峰值功率PPP：脈沖峰值功率PPP是指脈沖峰值電流IPP與最大箝位電壓VC的乘積，即PPP＝IPP×VC。它是TVS管能承受的最大峰值功率。在給定的最大箝位電壓下，脈沖峰值功率PPP越大，其浪涌電流的承受能力越大。

（6）結電容CJ：TVS管結電容CJ是由其硅片的雪崩結截面和偏置電壓來決定的，是在特定頻率（1MHz）下測得。CJ的大小與TVS管的電流承受能力成正比，CJ太大，將使信號衰減。因此，電容CJ是數據接口電路選用TVS管的重要參數。在高頻信號線路的保護中，應主要選用低結電容的TVS管，一般低結電容的TVS管其結電容可以做到零點幾到幾pF的數量級了。

二、TVS管與壓敏電阻的區別

TVS管的非線性特性和穩壓管一樣，擊穿前漏電流很小，擊穿后是標準的穩壓特性，比起壓敏電阻來TVS管最大箝位電壓偏離擊穿電壓較小，優于壓敏電阻。在很多精細保護的電子電路中，應用TVS管是比較好的選擇。TVS管的流通量在限壓型浪涌保護器件中是最小的，一般用于最末級的精細保護，因其流通量小，一般不用于交流電源線路的保護，直流電源的防雷電路使用TVS管時，一般還需要與壓敏電阻等流通容量大的器件配合使用。TVS管便于集成，很適用于在PCB板上使用。

TVS管具有的另一個優點是可靈活選用單向和雙向保護器件，在單極性的信號電路和直流電源電路中，選用單向TVS管，可以獲得比壓敏電阻更低的殘壓。TVS管也可以與二極管串聯，利用二極管寄生電容較小的特點來降低總寄生電容或者串聯小電阻降低總寄生電容，從而實現對高速信號端口的保護。

三、TVS管和電阻做浪涌防護

在信號端口的浪涌防護設計中，為了提高浪涌防護效果，常常用TVS與電阻匹配一起使用，但是TVS和電阻在設計中不同的布局，效果會有很大的差異，布局一：保護電阻放置在TVS管的前面，布局二：保護電阻放置在TVS管的后面---如下圖1所示。

將浪涌發生器設置為連續10次（正負各5次）輸出1.2/50uS的標準浪涌電壓，浪涌電壓根據不同端口設置不同的電壓。測試結果如下表1和表2所示。

表1為保護電阻放置在TVS管的前面的測試數據，表2為保護電阻放置在TVS管的后面的測試數據。從以下測試數據可知，表1接口抗浪涌電壓的能力比表2要差很多，且表1失效的均為電阻損壞造成而TVS管并沒有損壞；表2接口失效則是由于TVS管擊穿短路造成的，電阻并沒有損壞。

由此可知，電阻放置在TVS管后面布局放置時的防護浪涌能力更強。

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