TVS管-TVS二極管-浪涌防護器件知識

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、雷電干擾及靜電放電等,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的出現使瞬態干擾得到了有效抑制。

TVS管也稱瞬變電壓抑制二極管，也叫箝位型二極管，是在穩壓管工藝基礎上發展起來的一種新產品，是目前普遍使用的一種高效能限壓保護器件，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，將其兩端間的電壓箝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。

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是數據界面電路選用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p F的數量級了。

TVS的分類：

TVS管按功率分類，可分為200W、400W、500W、600W、1000W、1500W、3000W、5000W、8000W、15000W、20000W、30000W、3600W、6600W等。也可按極性分類。按極性分為單極性及雙極性兩種。單極性尾標中用A表示，雙極性尾標中以C表示。如SA5.0A表示單向的，SA5.0CA表示雙向的。

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、回應快、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、負載開關等人為操作錯誤引起的過電壓沖擊起保護作用。

下圖是TVS管在電路應用中的典型例子。

注解：

1、TVS1對整個電路（包括變壓器）進行保護。

2、TVS2對其后的電路（除變壓器外的整個電路）提供高度的保護。由于變壓器 的物理性質有如一個大的串聯電阻，當受到浪涌沖擊時，斷路的機會很少。

3、TVS3對負載提供全面的保護。在此采用的是成本較低的單極TVS二極管。若 電路中只采用TVS3，電橋因沒有TVS的保護，電橋應采用較高電壓及電流比 值的器件，以防止損壞。

TVS的選用方法:

1、確定待保護電路的直流電壓或持續工作電壓。如果是交流電，應計算出最大值，即用有效值*1.414。

2、TVS的反向變位電壓即工作電壓（VRWM）--選擇TVS的VRWM等于或大于上述步驟1所規定的操作電壓。這就保證了在正常工作條件下TVS吸收的電流可忽略不計,如果步驟1所規定的電壓高于TVS的VRWM,TVS將吸收大量的漏電流而處于雪崩擊穿狀態，從而影響電路的工作。

3、最大峰值脈沖功率：確定電路的干擾脈沖情況,根據干擾脈沖的波形、脈沖持續時間,確定能夠有效抑制該干擾的TVS峰值脈沖功率。

4、所選TVS的最大箝位電壓（VC）應低于被保護電路所允許的最大承受電壓。

5、單極性還是雙極性-常常會出現這樣的誤解即雙向TVS用來抑制反向浪涌脈沖，其實并非如此。雙向TVS用于交流電或來自正負雙向脈沖的場合。TVS有時也用于減少電容。如果電路只有正向電平信號，那麼單向TVS就足夠了。TVS操作方式如下：正向浪涌時,TVS處于反向雪崩擊穿狀態；反向浪涌時，TVS類似正向偏置二極管一樣導通并吸收浪涌能量。在低電容電路里情況就不是這樣了。應選用雙向TVS以保護電路中的低電容器件免受反向浪涌的損害。

6、如果知道比較準確的浪涌電流IPP，那么可以利用VC來確定其功率，如果無法確定功率的大概范圍，一般來說，選擇功率大一些比較好。

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