TVS的原理和应用

只看该作者 · 2024-8-24 22:33

TVS介绍

TVS，瞬态抑制二极管(TVS)又叫钳位型二极管，是目前国际上普遍使用的一种高效能电路保护器件，它的外型与普通二极管相同，但却能吸收高达数千瓦的浪涌功率，它的主要特点是在反向应用条件下，当承受一个高能量的大脉冲时，其工作阻抗立即降至极低的导通值，从而允许大电流通过，同时把电压钳制在预定水平，其响应时间仅为10-12毫秒，因此可有效地保护电子线路中的精密元器件。TVS允许的正向浪涌电流在TA＝250C，T＝10ms条件下，可达50～200A。双向TVS可在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率，并把电压钳制到预定水平，双向TVS适用于交流电路，单向TVS一般用于直流电路。可用于防雷击、防过电压、抗干扰、吸收浪涌功率等，是一种理想的保护器件。耐受能力用瓦特(W)表示。

TVS管的非线性特性比压敏电阻好，当通过TVS管的过电流增大时，TVS管的钳位电压上升速度比压敏电阻慢，因此可以获得比压敏电阻更理想的残压输出。在很多需要精细保护的电子电路中，应用TVS管是比较好的选择。TVS管的通流容量在限压型浪涌保护器中是最小的，一般用于最末级的精细保护，因其通流量小，一般不用于交流电源线路的保护，直流电源的防雷电路使用TVS管时，一般还需要与压敏电阻等通流容量大的器件配合使用。 TVS管便于集成，很适合在单板上使用。

3.1 TVS的参数

TVS的伏安特性曲线，下图给出的是双向TVS管。如果是单向的，是反接在电路中，特性曲线的横向正半轴不是这样。

VBR：TVS二极管最小击穿电压。也就是在流过规定电流(IR )时，加于TVS两极的最小击穿电压；在25℃时，低于这个电压TVS是不会产生雪崩的。当TVS流过规定的1mA电流(IR )时，加于TVS两极的电压为其最小击穿电压VBR 。按TVS的VBR与标准值的离散程度，可把VBR分为5％和10％两种。为了满足IEC61000-4-2国际标准，TVS二极管必须达到可以处理最小8kV(接触)和15kV(空气)的ESD冲击，部份半导体厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。对于某些有特殊要求的可携设备应用，设计者可以依需要挑选元件。
VRMW：正常工作时候可承受的电压。这个电压在实际应用当中应大于或等于被保护电路的正常工作电压。该电压值下对应的电流非常小，为nA级别，因此理解为：此电压表示电路正常工作时，TVS的电流非常小，也就是在电路中隐形，没有发挥作用，如果是理想状态下，该电压状态下的TVS电流应该为0。选型时，比如电路中的信号电压为3V，那么选择TVS管的Vrmw需要大于3V；如果选择Vrmw小于3V的TVS，那么在电路正常工作电压为3V时，就会有比较大的电流流进TVS，干扰电路正常工作；
IPP：最大峰值脉冲电流。处于反向状态时，允许通过的最大脉冲峰值电流；
VC：钳位电压：当持续时间为20ms的脉冲峰值电流IPP流过TVS时，在其两端出现的最大峰值电压为VC。VC、IPP反映了TVS的突波抑制能力。 VC与VBR之比称为钳位因子，一般在1.2~1.4之间。 VC是二极管在截止状态提供的电压，也就是在ESD冲击状态时通过TVS的电压，它不能大于被保护回路的可承受极限电压，否则元件面临被损伤的危险。