TVS(瞬變抑制)二極管參數(shù)與選型

1、TVS （瞬變抑制）二極管參數(shù)與選型TVS管的英文名是 TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR ,中文名叫瞬變抑制二極管。它在承受瞬間高能量脈沖時(shí)，能在極短的內(nèi)由原來(lái)的高阻抗?fàn)顟B(tài)變?yōu)榈妥杩?，并把電壓箝制到特定的水平，從而有效的保護(hù)用戶(hù)的設(shè)備和元器件不受損壞。由于其具有箝位電壓低、動(dòng)作時(shí)間快等特點(diǎn)；因此比較適合于多級(jí)保護(hù)電路的末級(jí)保護(hù)。此外也能和其它保護(hù)元件配合使用，組成專(zhuān)用的防雷裝置。目錄TVS的參數(shù)特性TVS的應(yīng)用TVS和其它浪涌保護(hù)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

2、映了 TVS特性的一個(gè)部分，還必須補(bǔ)充下圖所示的特性曲線，才能反映TVS的全部特性。這是在雙蹤 示波器上觀察到的 TVS管承受大電流沖擊時(shí)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(guò) 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(guò)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(shí)， TVS兩端電壓也隨之上升， 但最大只上升到 VC值，這個(gè)值 比擊穿電壓VBR略大，從而對(duì)后面的電路元件起到保護(hù)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(shuō)明A. 擊穿電壓（VBR） ： TVS 在此時(shí)阻

3、抗驟然降低，處于雪崩擊穿狀態(tài)。B.測(cè)試電流（IT）: TVS的擊穿電壓VBR在此電流下測(cè)量而彳導(dǎo)。一般情況下 IT取 1 mA。C.反向變位電壓（VRWM ）: TVS的最大額定直流工作電壓 ，當(dāng)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(rèn)為是所保護(hù)電路的工作電壓。D.最大反向漏電流（IR）:在工作電壓下測(cè)得的流過(guò)TVS的最大電流。E.最大峰值脈沖電流（IPP）: TVS允許流過(guò)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（VC）:當(dāng)TVS管承受瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，管子中流過(guò)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(shí)現(xiàn)了

4、保護(hù)作用。浪涌過(guò) 后，隨時(shí)間IPP 以指數(shù)形式衰減，當(dāng)衰減到一定值后，TVS 兩端電壓由VC 開(kāi)始下降,恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)。最大箝位電壓VC和擊穿電壓 VBR之比稱(chēng)箝位因子 Cf,表示為Cf= VC /VBR ,一般箝位因子僅為 1.21.4。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? IPPo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

5、。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，還和脈沖波形、脈沖持續(xù)時(shí)間和環(huán)境溫度有關(guān)。對(duì)于幾種不同白脈沖波形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。TVS 器件規(guī)定,脈沖重復(fù)率比（脈沖持續(xù)時(shí)間和間歇時(shí)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(shè)計(jì)人員應(yīng)注意這一點(diǎn)。TVS的工作是可靠的，即使長(zhǎng)期承受不重復(fù)性大脈沖的高能量的沖擊，也不會(huì)出現(xiàn)"老化"問(wèn)題。試驗(yàn)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 所能承受的瞬時(shí)脈沖峰值可達(dá)數(shù)

6、百安培，其箝位響應(yīng)時(shí)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(dá) 50-200 安培。一般地說(shuō),TVS所能承受的瞬時(shí)脈沖是不重復(fù)的脈沖。而實(shí)際應(yīng)用中，電路里可能出現(xiàn)重復(fù)性脈沖。TVS 的應(yīng)用TVS 主要用于對(duì)電路元件進(jìn)行快速過(guò)電壓保護(hù)。它能"吸收"功率高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌信號(hào)。 TVS 具有體積小、功率大、 響應(yīng)快、 無(wú)噪聲、價(jià)格低等諸多優(yōu)點(diǎn),它的應(yīng)用十分廣泛，如 : 家用電器；電子儀器；儀表；精密設(shè)備；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；通訊設(shè)備;RS232、 485 及 CAN 等通訊端口；ISDN 的保護(hù)；I/O 端口； IC 電路保護(hù)；音、

7、視頻輸入；交、直流電源；電機(jī)、繼電器噪聲的抑制等各個(gè)領(lǐng)域。它可以有效地對(duì)雷電、負(fù)載開(kāi)關(guān)等人為操作錯(cuò)誤引起的過(guò)電壓沖擊起保護(hù)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(hù)變壓器以后的所有電路元件。由于加上TVS1, 電路保險(xiǎn)絲容量要加大。TVS2 也是一只雙向TVS 管，它可以對(duì)橋式整流器及以后的電路元件實(shí)行過(guò)電壓保護(hù)。它的Vb 值及 VC 值應(yīng)和變壓器副邊輸出電壓相適應(yīng)。TVS3 是一只單向TVS 管，因?yàn)榧釉谒厦娴碾妷菏且颜骱蟮牧麟娭眽?,TVS3 只保護(hù)負(fù)載不受過(guò)電壓沖擊,電路中可以根據(jù)需要使用三個(gè)TVS 管中的一只或幾只。TVS 和其它浪涌保護(hù)元件的區(qū)別TVS

8、 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TVS電阻器反應(yīng)速度10-12 秒50*10 9秒是否會(huì)老化否是最高使用溫度175115元件極性單極性和雙極性單極性反向漏電典型值5uA200 uA箝位因子（VC/BV ）>1.5最大可達(dá)7-8封裝性質(zhì)密封不透氣透氣價(jià)格貴便宜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, 根據(jù)干擾脈沖的波形、脈沖持續(xù)時(shí)間 , 確 定能夠有效抑制該干擾的TVS 峰值脈沖功率。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(guī)定的操作電壓。這就保證了在正常工

9、作條件下TVS 吸收的電流可忽略不計(jì),如果步驟 1 所規(guī)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(tài)，從而影響電路的工作。3 .確定待保護(hù)電路的直流電壓或持續(xù)工作電壓。如果是交流電，應(yīng)計(jì)算出最大值，即用有效值*1.414。4 .所選TVS的最大箝位電壓（VC）應(yīng)低于被保護(hù)電路所允許的最大承受電壓。5 .如果知道比較準(zhǔn)確的浪涌電流IPP,那么可以利用 VC來(lái)確定其功率，如果無(wú)法確定功率的大概范圍，一般來(lái)說(shuō)，選擇功率大一些比較好。6 .單極性還是雙極性-常常會(huì)出現(xiàn)這樣的誤解即雙向TVS 用來(lái)抑制反向浪涌脈沖，其實(shí)并非如此。 雙向 TVS 用于交流電或來(lái)自正負(fù)雙

10、向脈沖的場(chǎng)合。TVS 有時(shí)也用于減少電容。 如果電路只有正向電平信號(hào)，那麼單向TVS 就足夠了。TVS 操作方式如下：正向浪涌時(shí) ,TVS 處于反向雪崩擊穿狀態(tài)；反向浪涌時(shí)，TVS 類(lèi)似正向偏置二極管一樣導(dǎo)通并吸收浪涌能量。在低電容電路里情況就不是這樣了。應(yīng)選用雙向TVS 以保護(hù)電路中的低電容器件免受反向浪涌的損害。處理瞬時(shí)脈沖對(duì)器件損害的最好辦法是將瞬時(shí)電流從敏感器件引開(kāi)。TVS 二極管在線路板上與被保護(hù)線路并聯(lián)，當(dāng)瞬時(shí)電壓超過(guò)電路正常工作電壓后，TVS 二極管便發(fā)生雪崩，提供給瞬時(shí)電流一個(gè)超低電阻通路，其結(jié)果是瞬時(shí)電流通過(guò)二極管被引開(kāi)，避開(kāi)被保護(hù)器件，并且在電壓恢復(fù)正常值之前使被保護(hù)回路一

11、直保持截止電壓。當(dāng)瞬時(shí)脈沖結(jié)束以后，TVS二極管自動(dòng)回復(fù)高阻狀態(tài)，整個(gè)回路進(jìn)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(huì)發(fā)生退化，而只要工作在限定范圍內(nèi)，二極管將不會(huì)發(fā)生損壞或退化。從以上過(guò)程可以看出，在選擇TVS 二極管時(shí)，必須注意以下幾個(gè)參數(shù)的選擇：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 25時(shí)，低于這個(gè)電壓TVS是不會(huì)發(fā)生雪崩的。當(dāng) TVS流過(guò)規(guī)定的1mA電流（IR）時(shí)，加于TVS兩極的電壓為其最小擊穿電壓VBR 。按 TVS 的 VBR 與標(biāo)準(zhǔn)值的離散程度，可把VBR 分為 5%和10%兩種。 對(duì)于 5%的 VBR 來(lái)說(shuō)， VWM=0

12、.85VBR ； 對(duì)于10%的 VBR 來(lái)說(shuō)， VWM=0.81VBR 。為了滿(mǎn)足IEC61000-4-2國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，TVS二極管必須達(dá)到可以處理最小8kV（接觸）和15kV（空氣 ） 的 ESD 沖擊，有的半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商在自己的產(chǎn)品上使用了更高的抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于某些有特殊要求的便攜設(shè)備應(yīng)用，設(shè)計(jì)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(shí)可承受的電壓，此電壓應(yīng)大于或等于被保護(hù)電路的正常工作電壓，否則二極管會(huì)不斷截止回路電壓；但它又需要盡量與被保護(hù)回路的正常工作電壓接近，這樣才不會(huì)在TVS 工作以前使整個(gè)回路面對(duì)過(guò)壓威脅。當(dāng)這個(gè)額定

13、反向關(guān)斷電壓VWM 加于 TVS 的兩極間時(shí)它處于反向關(guān)斷狀態(tài)，流過(guò)它的電流應(yīng)小于或等于其最大反向漏電流ID。3. 最大箝位電壓VC和最大峰值脈沖電流IPP。當(dāng)持續(xù)時(shí)間為20mS的脈沖峰值電流IPP 流過(guò) TVS 時(shí)， 在其兩端出現(xiàn)的最大峰值電壓為VC。 VC、 IPP 反映了 TVS 的浪涌抑制能力。VC 與 VBR 之比稱(chēng)為箝位因子，一般在 1.21.4 之間。 VC 是二極管在截止?fàn)顟B(tài)提供的電壓，也就是在ESD 沖擊狀態(tài)時(shí)通過(guò)TVS 的電壓，它不能大于被保護(hù)回路的可承受極限電壓，則器件面臨被損傷的危險(xiǎn)。4. Pppm 額定脈沖功率，這是基于最大截止電壓和此時(shí)的峰值脈沖電流。對(duì)于手持設(shè)備，

14、一般來(lái)說(shuō)500W 的 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 PM 下，箝位電壓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(shí)間和環(huán)境溫度有關(guān)。而且，TVS 所能承受的瞬態(tài)脈沖是不重復(fù)的，器件規(guī)定的脈沖重復(fù)頻率（持續(xù)時(shí)間與間歇時(shí)間之比）為 0.01%。如果電路內(nèi)出現(xiàn)重復(fù)性脈沖，應(yīng)考慮脈沖功率的累積，有可能損壞TVS 。5. 電容量 C。 電容量 C 是由 TVS 雪崩結(jié)截面決定的，是在特定的1MHz 頻率下測(cè)得的。C 的大小與TVS 的電流承受能

15、力成正比，C 太大將使信號(hào)衰減。因此，C 是數(shù)據(jù)接口電路選用 TVS 的重要參數(shù)。電容對(duì)于數(shù)據(jù)/信號(hào)頻率越高的回路，二極管的電容對(duì)電路的干擾越大， 形成噪聲或衰減信號(hào)強(qiáng)度，因此需要根據(jù)回路的特性來(lái)決定所選器件的電容范圍。高頻回路一般選擇電容應(yīng)盡量?。ㄈ?LCTVS 、 低電容 TVS， 電容不大于3pF）， 而對(duì)電容要求不高的回路電容選擇可高于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VRWM 大于電路的最大工作電壓，一般可以選擇VRWM 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

16、選用舉例：整機(jī)直流工作電壓 12V,最大允許安全電壓 25V （峰值），浪涌源的阻抗 50MIQ ,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 VRWM為13V,則擊穿電壓：V（BR） =VRWM /0.85=15.3V2、從擊穿電壓值選取最大箝位電壓Vc（MAX）=1.30 >V（BR）=19.89V ,取Vc=20V3、再?gòu)捏槲浑妷篤C 和最在峰值電流IP 計(jì)算出方波脈沖功率：PPR=VO IP=20 為0=1000W4、計(jì)算折合為T(mén)P=1MS指數(shù)波的峰值功率，折合系數(shù)K1=1.4,PPR=1000M 1.4=715W從手冊(cè)中可查到1N6147A 其中 PPR=1500W,變位電壓 VRWM=12.2V ,擊穿電壓V(BR)=15.2V ,最大箝位電壓 Vc=22.3V ,最大浪涌電流IP=67.3A?？蓾M(mǎn)足上述設(shè)計(jì)要求