TVS二極管參數(shù)與選型

1、TVS管的英文名是TRANSIENT/OLTAGB UPP RESSQF中文名叫瞬變抑制二極管。它在承 受瞬間高能量脈沖時， 能在極短的內(nèi)由原來的高阻抗狀態(tài)變?yōu)榈妥杩梗?并把電壓箝制到特定 的水平， 從而有效的保護用戶的設備和元器件不受損壞。 由于其具有箝位電壓低、 動作時間 快等特點；因此比較適合于多級保護電路的末級保護。此外也能和其它保護元件配合使用， 組成專用的防雷裝置。目錄TVS的參數(shù)特性TVS的應用TVS和其它浪涌保護元件的區(qū)別TVS的選用方法TVS管TVS的參數(shù)特性1 .TVS特性TVS的全部特性。TVS管是典型的PN結(jié)雪崩器件，和普通穩(wěn)壓管的擊穿特性差不多。但這條曲線只 反映了

2、TVS特性的一個部分，還必須補充下圖所示的特性曲線，才能反映 這是在雙蹤 示波器上觀察到的 TVS管承受大電流沖擊時的電流及電壓波形。圖中曲線1是TVS管中的電流波形，它表示流過TVS管的電流由1mA突然上升到峰 值，然后按 指數(shù)規(guī)律下降，造成這種電流沖擊的原因可能是雷擊、過壓等。曲線2 是 TVS管兩端電壓的波形 ，它表示TVS中的電流突然上升時，TVS兩端電壓也隨之上升，但最大只上升到VC值，這個值 比擊穿電壓VBR各大，從而對后面的電路元件起到保護作用。TVS在電路中和穩(wěn)壓管一樣，是反向使用的。2. 參數(shù)說明A.擊穿電壓（VBR: TVS在此時阻抗驟然降低，處于雪崩擊穿狀態(tài)。B.測試電流

3、（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。C. 反向變位電壓（VRWM TVS的最大額定直流工作電壓 ，當TVS兩端電壓繼續(xù)上升, TVS將處于高阻狀態(tài)。此參數(shù)也可被認為是所保護電路的工作電壓。D. 最大反向漏電流（IR）:在工作電壓下測得的流過 TVS的最大電流。E. 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。F. 最大箝位電壓（VO：當TVS管承受瞬態(tài)高能量沖擊時，管子中流過大電流，峰 值為IPP,端電壓由VRW值上升到VC值就不再上升了，從而實現(xiàn)了保護作用。浪涌過后， 隨時間IPP以指數(shù)形式衰減，當

4、衰減到一定值后，TVS兩端電壓由VC開始下降，恢復原來狀態(tài)。最大箝位電壓 VC和擊穿電壓VBR之比稱箝位因子 Cf，表示為Cf= VC /VBR，一般箝位 因子僅為。G.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。H.最大峰值脈沖功率： 最大峰值脈沖功率為： 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(guān)外

5、， 還和脈沖波形、 脈沖持續(xù)時間和環(huán)境溫度有關(guān)。對于幾種不同的脈沖波形PN=K? VC? IPP,其中K為功率因數(shù)，圖 3給出了幾種典型脈沖波形的 K 值。如不TVS的工 老化 問題。試 80以上。TVS器件規(guī)定，脈沖重復率比（脈沖持續(xù)時間和間歇時間之比）為% 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。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(xiàn) 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1*10-12 秒; TVS般地說 ,TVS 所TVS所能承受的瞬時脈沖峰值可達數(shù)百安培，其箝位響應時間僅為所允許的正向浪涌

6、電流，在25C ,1/120秒的條件下，也可達50-200安培。一 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(xiàn)重復性脈沖。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(shù)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(yōu)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(tǒng)；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(guān)等人為操作錯誤引起的過電 壓沖擊起保

7、護作用。TVS用于交流電路：TVS用于交流電路是極方便的。它可以保護變壓器以后的所有 電路元件。由于加上 TVS1,電路保險絲容量要加大。TVS2也是一只雙向TVS管，它可以對橋式整流器及以后的電路元件實行過電壓保護。它的Vb值及VC值應和變壓器副邊輸出電壓相適應。TVS3是一只單向TVS管，因為加在它上面的電壓是已整流后的流電直壓,TVS3只保護負載不受過電壓沖擊，電路中可以根據(jù)需要使用三個TVS管中的一只或幾只。TVS和其它浪涌保護元件的區(qū)別TVS和壓敏電阻這種金屬氧化物變阻器相比具有極其優(yōu)越的性能。 關(guān)鍵參數(shù)或極限值 反應速度 是否會老化 最高使用溫度 元件極性 反向漏電典型值 箝位因子

8、（ VC/BV） 封裝性質(zhì) 價格TVS10-12 秒 否175單極性和雙極性5uA電阻器50*10密封不透氣貴9 秒 是115 單極性200 uA最大可達 7-8透氣便宜, 根據(jù)干擾脈沖的波形、脈沖持續(xù)TVS的選用方法1. 最大峰值脈沖功率：確定電路的干擾脈沖情況時間,確定能夠有效抑制該干擾的 TVS峰值脈沖功率。的反向變位電壓即工作電壓（ VRWM-選擇TVS的VRW等于或大于上述步驟 1所 規(guī)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(guī)定的電 壓高于TVS的VRWM ,TVS各吸收大量的漏電流而處于雪崩擊穿狀態(tài)，從而影響電 路的工作。3. 確定待保護電

9、路的直流電壓或持續(xù)工作電壓。如果是交流電，應計算出最大值， 即用有效值 * 。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. 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。6. 單極性還是雙極性-常常會出現(xiàn)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(tài)； 反向浪涌時，TVS類似正向偏置二

10、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。處理瞬時脈沖對器件損害的最好辦法是將瞬時電流從敏感器件引開。TVS二極管在線路板上與被保護線路并聯(lián)，當瞬時電壓超過電路正常工作電壓后，TVS二極管便發(fā)生雪崩，提供給瞬時電流一個超低電阻通路， 其結(jié)果是瞬時電流通過二極管被引開， 避開被保護器件， 并且 在電壓恢復正常值之前使被保護回路一直保持截止電壓。當瞬時脈沖結(jié)束以后，TVS二極管自動回復高阻狀態(tài)， 整個回路進入正常電壓。 許多器件在承受多次沖擊后， 其參數(shù)及性能會發(fā)生退化，而只要工作在限定范圍內(nèi)，二極管將不會發(fā)生損壞或

11、退化。從以上過程可以看出，在選擇 TVS二極管時，必須注意以下幾個參數(shù)的選擇:25 C時，低于這TVS兩極的電壓為5%和 10%兩種。對1.最小擊穿電壓 VBR和擊穿電流IR。VBR是 TVS最小的擊穿電壓，在個電壓TVS是不會發(fā)生雪崩的。 當TVS流過規(guī)定的1mA電流（IR）時，加于 其最小擊穿電壓 VBR按TVS的VBR與標準值的離散程度，可把 VBR分為 于5%勺VBR來說，VWM；對于10%勺VBR來說，VWM=為了滿足IEC61000-4-2國際標準， TVS二極管必須達到可以處理最小8kV（接觸）和15kV（空氣）的ESD沖擊，有的半導體生產(chǎn)廠商在自己的產(chǎn)品上使用了更高的抗沖擊標準

12、。 對于某些有特殊要求的便攜設備應用， 設計者 可以按需要挑選器件。2. 最大反向漏電流ID和額定反向關(guān)斷電壓 VWM VWM這是二極管在正常狀態(tài)時可承受的電壓，此電壓應大于或等于被保護電路的正常工作電壓， 否則二極管會不斷截止回路電壓； 但它又需要盡量與被保護回路的正常工作電壓接近， 這樣才不會在TVS工作以前使整個回路 面對過壓威脅。當這個額定反向關(guān)斷電壓 VWM加于TVS的兩極間時它處于反向關(guān)斷狀態(tài)， 過它的電流應小于或等于其最大反向漏電流 IDoIPPVCESD3.最大箝位電壓VC和最大峰值脈沖電流IPP。當持續(xù)時間為20mS的脈沖峰值電流流過TVS時，在其兩端出現(xiàn)的最大峰值電壓為VC

13、o VC IPP反映了 TVS的浪涌抑制能力。與VBR之比稱為箝位因子，一般在-之間。VC是二極管在截止狀態(tài)提供的電壓，也就是在否則器件面臨被損沖擊狀態(tài)時通過 TVS的電壓，它不能大于被保護回路的可承受極限電壓， 傷的危險。4.Pppm額定脈沖功率，這是基于最大截止電壓和此時的峰值脈沖電流。對于手持設備，一般來說500W勺TVS就足夠了。最大峰值脈沖功耗 PM是TVS能承受的最大峰值脈沖功耗值。 在給定的最大箝位電壓下，功耗PM越大，其浪涌電流的承受能力越大。在給定的功耗PMTVS所能承受的瞬態(tài)脈沖是不重復的，器件規(guī)定的脈沖重） 為 %。如果電路內(nèi)出現(xiàn)重復性脈沖，應考慮脈沖功率的累下，箝位電壓

14、 VC越低，其浪涌電流的承受能力越大。另外，峰值脈沖功耗還與脈沖波形、 持續(xù)時間和環(huán)境溫度有關(guān)。而且， 復頻率 （持續(xù)時間與間歇時間之比 積，有可能損壞 TVS。1MHz頻率下測得的。C是數(shù)據(jù)接口電路選TVS雪崩結(jié)截面決定的，是在特定的C 太大將使信號衰減。因此，5. 電容量C。電容量C是由C 的大小與 TVS 的電流承受能力成正比，用TVS的重要參數(shù)。電容對于數(shù)據(jù)/信號頻率越高的回路， 二極管的電容對電路的干擾越大， 形成噪聲或衰減信號強度， 因此需要根據(jù)回路的特性來決定所選器件的電容范圍。 高頻回路 一般選擇電容應盡量?。ㄈ鏛CTVS低電容TVS電容不大于 3pF）,而對電容要求不高的回

15、路電容選擇可高于 40pF。注：TVS的選型最大箝位電壓 VC要小于電路允許的最大安全電壓。截止電壓VRW大于電路的最大工作電壓， 一般可以選擇 VRW等于或者略大于電路的最 大工作電壓。額定的最大脈沖功率（TVS參數(shù)中給出）PM要大于最大瞬態(tài)浪涌功率。直流電中選用舉例:整機直流工作電壓12V,最大允許安全電壓 25V （峰值），浪涌源的阻抗50MD，其干擾 波形為方波，TP=1MS,最大峰值電流50A。選擇：1先從工作電壓 12V選取最大反向工作電壓 VRW為13V,則擊穿電壓V(BR) =VRWM /=2、從擊穿電壓值選取最大箝位電壓Vc（MAX）=X V（BR）=取Vc=20V 3、再從箝位電壓VC和最在峰值電流IP計算出方波脈沖功率:PPR=VC IP=20 X 50=1000W4、計算折合為TP=1MS指數(shù)波的峰值功率，折合系數(shù)K1=,PP R=1000W=715W從手冊中可查到 1N6147A其中PPR=1500VV變位電壓 VRWM=擊穿電壓 V（BR）=，最大箝 位電壓Vc=，最大浪涌電流IP=?？蓾M足上述設計要求，而且留有一