TVS瞬態(tài)電壓抑制器

TVS 二極管是和被保護(hù)電路并聯(lián)的，當(dāng)瞬態(tài)電壓超過(guò)電路的正常工作電壓時(shí)，二極管發(fā)生雪崩，為瞬態(tài)電流提供通路，使內(nèi)部電路免遭超額電壓的擊穿或超額電流的過(guò)熱燒毀。由于 TVS 二極管的結(jié)面積較大，使得它具有泄放瞬態(tài)大電流的優(yōu)點(diǎn)，具有理想的保護(hù)作用，且經(jīng)過(guò)多次 ESD 過(guò)程后不會(huì)劣化，這些特點(diǎn)決定了它有廣泛的適用范圍。
當(dāng) TVS 二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，它能以 10-12 秒量級(jí)的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩�，吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預(yù)定值，有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。
由于它具有響應(yīng)時(shí)間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、箝位電壓較易控制、無(wú)損壞極限、體積小等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通訊設(shè)備、電源、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。具體有以下三大特點(diǎn)：
1、將 TVS 二極管加在信號(hào)及電源線上，能防止微處理器或單片機(jī)因瞬間的肪沖，如靜電放電效應(yīng)、交流電源之浪涌及開(kāi)關(guān)電源的噪音所導(dǎo)致的失靈。2、靜電放電效應(yīng)能釋放超過(guò) 10000V、60A 以上的脈沖，并能持續(xù) 10ms；而一般的TTL 器件，遇到超過(guò) 30ms 的 10V 脈沖時(shí)，便會(huì)導(dǎo)至損壞。利用 TVS 二極管，可有效吸收會(huì)造成器件損壞的脈沖，并能消除由總線之間開(kāi)關(guān)所引起的干擾（Crosstalk）。3、將 TVS 二極管放置在信號(hào)線及接地間，能避免數(shù)據(jù)及控制總線受到不必要的噪音影響。
TVS 的電路符號(hào)與普通穩(wěn)壓二極管相同。它的正向特性與普通二極管相同；反向特性為典型的 PN 結(jié)雪崩器件。在瞬態(tài)峰值脈沖電流作用下，流過(guò) TVS 的電流，由原來(lái)的反向漏電流 ID 上升到 IR時(shí)，其兩極呈現(xiàn)的電壓由額定反向關(guān)斷電壓 VWM 上升到擊穿電壓 VBR，TVS 被擊穿。隨著峰值脈沖電流的出現(xiàn)，流過(guò) TVS 的電流達(dá)到峰值脈沖電流 IPP。在其兩極的電壓被箝位到預(yù)定的最大箝位電壓以下。爾后，隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，TVS 兩極的電壓也不斷下降，最后恢復(fù)到起始狀態(tài)。這就是 TVS 抑制可能出現(xiàn)的浪涌脈沖功率，保護(hù)電子元器件的整個(gè)過(guò)程。
TVS 的特性參數(shù)

①最大反向漏電流 ID 和額定反向關(guān)斷電壓 VWM。
VWM 是 TVS 最大連續(xù)工作的直流或脈沖電壓，當(dāng)這個(gè)反向電壓加入 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。

②最小擊穿電壓 VBR 和擊穿電流 IR
VBR 是 TVS 最小的雪崩電壓。25℃時(shí)，在這個(gè)電壓之前，TVS 是不導(dǎo)通的。當(dāng) TVS 流過(guò)規(guī)定的 1mA 電流（IR）時(shí)，加入 TVS 兩極間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 TVS 分為±5%VBR 和平共處±10% VBR 兩種。對(duì)于±5%VBR 來(lái)說(shuō)，VWM=0.85VBR；對(duì)于±10% VBR 來(lái)說(shuō)，VWM=0.81 VBR。
③最大箝拉電壓 VC 和最大峰值脈沖電流 IPP
當(dāng)持續(xù)時(shí)間為 20 微秒的脈沖峰值電流 IPP 流過(guò) TVS 時(shí)，在其兩極間出現(xiàn)的最大峰值電壓為 VC。它是串聯(lián)電阻上和因溫度系數(shù)兩者電壓上升的組合。VC 、IPP 反映了 TVS器件的浪涌抑制能力。VC 與 VBR 之比稱為箝位因子，一般在 1.2~1.4 之間。

④電容量 C電容量 C 是 TVS 雪崩結(jié)截面決定的、 在特定的 1MHZ 頻率下測(cè)得的。C 的大小與 TVS的電流承受能力成正比，C 過(guò)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)。⑤最大峰值脈沖功耗 PM
PM 是 TVS 能承受的最大峰值脈沖耗散功率。其規(guī)定的試驗(yàn)脈沖波形和各種 TVS 的PM 值，請(qǐng)查閱有關(guān)產(chǎn)品手冊(cè)。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”，有可能使 TVS 損壞。

⑥箝位時(shí)間 TC
TC 是從零到最小擊穿電壓 VBR 的時(shí)間。對(duì)單極性 TVS 小于 1×10-12 秒；對(duì)雙極性TVS 小于是 1×10-11 秒。

TVS 的選用技巧
1、確定被保護(hù)電路的最大直流或連續(xù)工作電壓、電路的額定標(biāo)準(zhǔn)電壓和“高端”
容限。
2、 TVS 額定反向關(guān)斷 VWM 應(yīng)大于或等于被保護(hù)電路的最大工作電壓。若選用的 VWM太低，器件可能進(jìn)入雪崩或因反向漏電流太大影響電路的正常工作。串行連接分電壓，并行連接分電流。
3、TVS 的最大箝位電壓 VC 應(yīng)小于被保護(hù)電路的損壞電壓。
4、在規(guī)定的脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)，TVS 的最大峰值脈沖功耗 PM 必須大于被保護(hù)電路內(nèi)可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率。在確定了最大箝位電壓后，其峰值脈沖電流應(yīng)大于瞬態(tài)浪涌電流。
5、對(duì)于數(shù)據(jù)接口電路的保護(hù)，還必須注意選取具有合適電容 C 的 TVS 器件。
6、根據(jù)用途選用 TVS 的極性及封裝結(jié)構(gòu)。交流電路選用雙極性 TVS 較為合理；多線保護(hù)選用 TVS 陣列更為有利。
7、溫度考慮。瞬態(tài)電壓抑制器可以在－55~+150℃之間工作。如果需要 TVS 在一個(gè)變化的溫度工作，由于其反向漏電流 ID 是隨增加而增大；功耗隨 TVS 結(jié)溫增加而下降，從+25℃到+175℃，大約線性下降 50％雨擊穿電壓 VBR 隨溫度的增加按一定的系數(shù)增加。因此，必須查閱有關(guān)產(chǎn)品資料，考慮溫度變化對(duì)其特性的影響。
VS 與壓敏電阻的比較
目前，國(guó)內(nèi)不少需進(jìn)行浪涌保護(hù)的設(shè)備上使用的是壓敏電阻。壓敏電阻是一種金屬化物變阻器。TVS 比壓敏電阻的特性優(yōu)越得多，具體特性參數(shù)的比較如下表所示。今年壓敏電阻具有響應(yīng)速度更快、無(wú)極性、成本低等優(yōu)點(diǎn)。