瞬态电压抑制二极管特点及选型技巧

瞬态抑制二极管TVS也叫做箝位型二极管，TVS是一种二极管形式的高效能电路保护器件。

一．工作原理

当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10～12 s的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使得两极间的电位箝位于一个预定值，有效的保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏，特性曲线如下图1以及图2，一个是单向的TVS，一个双向的。

图1

图2

二．保护过程

电路中解决瞬时脉冲对元件损害的最好办法是将瞬时电流从该电路要保护的元件上引开。TVS与被保护线路并联，当瞬时电压超过电路正常工作电压时，TVS二极管就会产生雪崩，提供给瞬时电流一个超低电阻通路，那么可想而知，瞬时电流会从TVS流过，避开被保护元件。而当电压恢复正常之前，TVS使被保护回路一直保持截止电压。当瞬时脉冲结束后，TVS恢复高阻状态，被保护电路有正常电压。

三．电压抑制二极管TVS应用

1.  将TVS二极管加在信号及电源线上，能防止MCU或者单片机因瞬间的脉冲，如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。

2.  静电放电效应能释放超过10KV、60A以上的脉冲，并能持续10ms；而一般的TTL器件，遇到超过30ms的10V脉冲时，就会导致损坏。利用TVS二极管，可以有效地吸收会造成器件损坏的脉冲，并能消除总线之间开关所引起的干扰（crosstalk）。

3.  将TVS二极管放置在信号线及接地间，能避免数据和控制总线受到不必要的噪音影响。

四．TVS主要参数

TVS电路符号和普通的稳压二极管相同，如图3所示。它的正向特性等同于普通二极管，反向特性是典型的PN结雪崩器件。

图3

1.  最大反向漏电流ID和额定反向关断电压VWMVR有些厂家也叫做VWM，是TVS最大连续工作的直流或脉冲电压，当这个反向电压加入TVS的两极间时，它处于反向关断状态，流过它的电流应小于或者等于其最大反向漏电流。

2.  最小击穿电压VBR和击穿电路IRVBR是TVS最小的雪崩电压。25摄氏度时，在到达这个电压之前，TVS是不导通的。当TVS流过规定1mA电流（IR）时，加入TVS两极间的电压为其最小击穿电压（VBR）。

注：按照TVS的VBR与标准值的离散程度，可将TVS分为+/-5%和+/-10%两种。对于+/-5%VBR来说，VR=0.85VBR；对于+/-10%VBR来说，VR=0.81 VBR。

图4

3.  当持续时间为8--20 us的脉冲峰值电流IPP流过TVS时，在其两极间出现的最大峰值电压为VC，它是串联电阻上和因温度系数两者电压上升的组合。VC 、IPP反映了TVS器件的浪涌抑制能力，箝位因子=VC/VBR，一般在1.2~1.4之间。

注：瞬态脉冲功率=IPP×VC。

4.  电容量C 是TVS雪崩结截面决定的、在特定的1MHZ频率下测得的。C的大小与TVS的电流承受能力成正比。C过大，将使信号衰减。因此，C是数据接口电路选用TVS的重要参数。

5.  PM是TVS能承受的最大峰值脉冲耗散功率。其规定的试验脉冲波形和各种TVS的PM值，请查阅Datasheet。在给定的最大箝位电压下，功耗PM越大，其浪涌电流的承受能力越大；在给定的功耗PM下，箝位电压VC越低，其浪涌电流的承受能力越大。另外，峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且TVS所能承受的瞬态脉冲是不重复的，器件规定的脉冲重复频率（持续时间与间歇时间之比）为0.01%，如果电路内出现重复性脉冲，应考虑脉冲功率的“累积”，有可能使TVS损坏。

6.  TC是从零到最小击穿电压VBR的时间。对单极性TVS，TC<1×10-12 s；对双极性TVS，TC<1×10-11s。

五． TVS选用技巧

1.   确定被保护电路的最大直流或连续工作电压、电路的额定标准电压和“高端”容限。

2.  TVS额定反向关断VR >= 被保护电路的最大工作电压。若选用的VR太低，器件可能进入雪崩或因反向漏电流太大影响电路的正常工作,串联分压，并联分流。

3.  TVS的最大箝位电压VC < 被保护电路的损坏电压。 

4.  在规定的脉冲持续时间内，TVS的最大峰值脉冲功耗PM > 被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率，在确定了最大箝位电压后，其峰值脉冲电流 > 瞬态浪涌电流。

5.  对于数据接口电路的保护，还必须注意选取具有合适电容C的TVS器件。

6.  根据用途选用TVS的极性及封装结构。交流电路选用双极性TVS较为合理；多线保护选用TVS阵列更为有利。

7.  温度也是需要考虑的，瞬态电压抑制器可以在－55℃到+150℃之间工作。如果需要TVS在一个变化的温度工作，由于其反向漏电流ID是随温度增加而增大；功耗随TVS结温增加而下降，从+25℃到+175℃，线性大约下降50％，击穿电压VBR随温度的增加按一定的系数增加。因此，必须查阅有关产品资料，考虑温度变化对其特性的影响。

除了TVS，压敏电阻也是常用的浪涌保护器件。TVS和压敏电阻的详细参数见下表。

TVS vs 压敏电阻

关键参数或极限值	TVS	压敏电阻
反应速度	10～12 s	5×10-8
是否老化	不会	会
最高使用温度	175℃	115℃
元件极性	单极性 or 双极性	单极性
反向漏电流典型值	5 uA	200 us
箝位因子（VC / VBR）	<=1.5	>=7~8
密封性质	密闭，不透气	透气
价格	较贵	便宜

 Littelfuse作为全球排名第1的电路保护品牌，其产品具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压容易控制、无损坏极限、体积小，箝位因子Vr/Vbr小（一般小于1.5，）等特点，这些特点都能使电路稳定工作。