TVS的電路保護機制介紹

電壓及電流的瞬態干擾是造成電子電路及設備損壞的主要原因，常給人們帶來無法估量的損失。這些干擾通常來自于電力設備的起停操作、交流電網的不穩定、雷擊干擾及靜電放電等,瞬態干擾幾乎無處不在、無時不有，使人感到防不勝防。幸好,一種高效能的電路保護器件TVS的出現使瞬態干擾得到了有效抑制，TVS（Transient Voltage Suppressor） 或稱瞬態抑制二極管，是在穩壓管工藝基礎上發展起來的一種新產品，其電路符號和普通穩壓二極管相同，外形也與普通二極管無異，當TVS管兩端經受瞬間的高能量沖擊時，它能以極高的速度（最高達1/(10^12)秒）使其阻抗驟然降低，同時吸收一個大電流，將其兩端間的電壓鉗位在一個預定的數值上，從而確保后面的電路元件免受瞬態高能量的沖擊而損壞。

TVS的特性與參數

TVS特性曲線

1、TVS的特性

當管子兩段的反向電壓大于VRWM后，管子開始反向導通；反向電壓大于VBR后，管子處于雪崩擊穿狀態，此時電流開始突變；反向電壓大于VC時，流過管子的電流急劇增加，而管子兩端的電壓差值變化不大（電壓被鉗位）。

2、TVS的參數

最小擊穿電壓（VBR）：當TVS流過規定的電流時，TVS兩端的電壓稱為最小擊穿電壓，在此區域，TVS呈低阻抗的通路。在25℃時，低于這個電壓，TVS是不會發生雪崩擊穿的。

測試電流（IT）：TVS的擊穿電壓VBR在此電流下測量而得。一般情況下IT取１mA。

額定反向關斷電壓（VRWM）：TVS的最大額定直流工作電壓，當TVS兩端電壓繼續上升，TVS將處于高阻狀態。此參數也可被認為 是所保護電路的工作電壓。

最大反向漏電流（IR）：IR是最大反向工作電壓施加到TVS上時，TVS管的漏電流。當TVS用于高阻抗電路時，這個漏電流IR一個重要參數。

最大峰值脈沖電流（IPP）：TVS允許流過的最大浪涌電流，它反映了TVS的浪涌抑制能力。

最大箝位電壓（VC）：當TVS管承受瞬態高能量沖擊時，管子中流過大電流，峰值為IPP，端電壓由VRWM值上升到VC值就不再上升了，從而實現了保護作用。浪涌過后，隨時間IPP以指數形式衰減，當衰減到一定值后，TVS兩端電壓由VC開始下降,恢復原來狀態。最大箝位電壓VC與擊穿電壓VBR之比稱箝位因子Cf，表示為Cf= VC /VBR，一般鉗位因子僅為1.2～1.4。

峰值脈沖功率(PP)：PP按峰值脈沖功率的不同TVS分為四種，有500Ｗ、600Ｗ、1500Ｗ和5000Ｗ

最大峰值脈沖功率：PN=VC·IPP。顯然，最大峰值脈沖功率愈大,TVS所能承受的峰值脈沖電流IPP愈大；另一方面，額定峰值脈沖功率PP確定以后，所TVS能承受的峰值脈沖電流IPP，隨著最大箝位電壓VC的降低而增加。TVS最大允許脈沖功率除了和峰值脈沖電流和箝位電壓有關外，還和脈沖波形、脈沖持續時間和環境溫度有關。

TVS所能承受的瞬時脈沖峰值可達數百安培，其箝位響應時間僅為1/(10^12) 秒；TVS所允許的正向浪涌電流,在25℃,1/120秒的條件下,也可達50-200安培。一般來說，TVS所能承受的瞬 時脈沖是不重復的脈沖。而實際應用中，電路里可能出現重復性脈沖。

TVS器件規定,脈沖重復率比(脈沖持續時間和間歇時間之比)為0.01%。如不符合這一條件，脈沖功率的積累有可能使TVS燒毀。電路設計人員應注意這一點。TVS的工作是可靠的， 即使長期承受不重復性大脈沖的高能量的沖擊，也不會出現老化問題。試驗證明，TVS安全工作于10000次脈沖后，其最大允許脈沖功率仍為原值的80％以上。

TVS的應用

TVS主要用于對電路元件進行快速過電壓保護。它能吸收功率高達數千瓦的浪涌信號。TVS具有體積小、功率大、響應快、無噪聲、價格低等諸多優點，它的應 用十分廣泛，如：家用電器、電子儀器、儀表、精密設備、計算機系統、通訊設備、RS232/485及 CAN等通訊端口、ISDN的保護、I/O端口、IC電路保護音/視頻輸入、交/直流電源、電機/繼電器噪聲的抑制等各個領域。它可以有效地對雷電、負載開關等人為錯誤操作引起的過電壓沖擊起保護作用。

TVS的選型

確定被保護電路的工作電壓。最大工作電壓要小于VRWM，如果工作電壓大于VRWM，那在正常工作時TVS管就會被擊穿，將工作電壓導入地端，電路不能正常工作；VRWM也不能太大，只要略高于最大工作電壓，否則不能起到保護作用；一般購買TVS管時標的電壓就是VRWM，選擇時只要選比工作電壓略高的VRWM TVS管即可。

確定最大峰值脈沖功率。根據電路的干擾脈沖波形、脈沖持續時間，來確定能夠有效抑制該脈沖干擾的TVS峰值脈沖功率。

最大鉗位電壓VC。VC應低于所被保護電路允許承受的最大電壓。當脈沖持續時間較長時，VC就是能將脈沖電壓鉗制到的電位，類似穩壓二極管的穩壓電位；VC小說明TVS容易被損壞，當脈沖電壓比VC大很多，且時間很長時，脈沖電壓和VC的比值越大，TVS管越容易損壞。

單極性/雙極性。時常會出現這樣的誤解即雙向TVS是用來抑制反向浪涌脈沖，其實并非如此。雙向TVS用于交流或正負雙向脈沖的場合。如電路中僅有單向脈沖信號，那使用單向TVS就可以。

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