1、TVS管1 原理TVS管有單方向(單個二極管)和雙方向(兩個背對背連接的二極管)兩種。單方向的TVS管的電路符號與普通的穩壓管相同，其電壓電流特性曲線如圖1所示，其正向特性與普通二極管相同，反向特性為典型的PN結雪崩器件。圖2是單向TVS的電流-時間和電壓-時間曲線。圖3是雙向TVS管的電路圖形符號。圖1 TVS電壓電流特性圖2 TVS電壓(電流)時間特性圖3 雙向TVS管的電路圖形符號在浪涌電壓的作用下，TVS兩極間的電壓由額定反向關斷電壓VWM上升到擊穿電壓VBR，而被擊穿。隨著擊穿電流的出現，流過TVS的電流將達到峰值脈沖電流IPP，同時在其兩端的電壓被箝位到預定的最大箝位電壓VC以下。

2、其后，隨著脈沖電流按指數衰減，TVS兩極間的電壓也不斷下降，最后恢復到初態，這就是TVS抑制可能出現的浪涌脈沖功率，保護電子元器件的過程。當TVS兩極受到反向高能量沖擊時，它能以1012s級的速度，將其兩極間的阻抗由高變低，吸收高達數千瓦的浪涌功率，使兩極間的電位箝位于預定值，有效地保護電子設備中的元器件免受浪涌脈沖的損害。TVS具有響應時間快、瞬態功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、箝位電壓容易控制、體積小等優點，目前已廣泛應用于家用電器、電子儀表、通訊設備、電源、計算機系統等各個領域。2 參數1) 最大反向漏電流ID和額定反向關斷電壓VWM。Vwm是TVS最大連續工作的直流或脈沖電壓，當這個

3、反向電壓加于TVS的兩極間時它處于反向關斷狀態，流過它的電流應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最小的擊穿電壓。在25時，低于這個電壓TVS是不會發生雪崩的。當TVS流過規定的1mA電流(IR)時，加于TVS兩極的電壓為其最小擊穿電壓VBR。按TVS的VBR與標準值的離散程度，可把VBR分為5和10兩種。對于5的VBR來說，VWM=0.85VBR；對于10的VBR來說，VWM=0.81VBR。3) 最大箝位電壓VC和最大峰值脈沖電流IPP。當持續時間為20mS的脈沖峰值電流IPP流過TVS時，在其兩端出現的最大峰值電壓為VC。VC、IPP反映

4、了TVS的浪涌抑制能力。VC與VBR之比稱為箝位因子，一般在1.21.4之間。4) 電容量C。電容量C是由TVS雪崩結截面決定的，是在特定的1MHz頻率下測得的。C的大小與TVS的電流承受能力成正比，C太大將使信號衰減。因此，C是數據接口電路選用TVS的重要參數。5) 最大峰值脈沖功耗PM。PM是TVS能承受的最大峰值脈沖功率耗散值。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、持續時間和環境溫度有關。而且，TVS所能承受的瞬態脈沖是不重復的，器件規定的脈沖重復頻率(持續時間與間歇

5、時間之比)為0.01。如果電路內出現重復性脈沖，應考慮脈沖功率的累積，有可能損壞TVS。6) 箝位時間TC。TC是從零到最小擊穿電壓VBR的時間。對單極性TVS小于110-12s；對雙極性TVS小于1010-12s。3 分類TVS器件按極性可分為單極性和雙極性兩種；按用途可分為通用型和專用型；按封裝和內部結構可分為：軸向引線二極管、雙列直插TVS陣列、貼片式和大功率模塊等。軸向引線的產品峰值功率可以達到400W、500W、600W、1500W和5000W。其中大功率的產品主要用在電源饋線上，低功率產品主要用在高密度安裝的場合。對于高密度安裝的場合還可以選擇雙列直插和表面貼裝的封裝形式。4 選型

6、1) 確定被保護電路的最大直流或連續工作電壓，電路的額定標準電壓和最大可承受電壓。2) TVS的額定反向關斷電壓VWM應大于或等于被保護電路的最大工作電壓。若選用的VWM太低，器件可能進入雪崩或因反向漏電流太大影響電路的正常工作。3) TVS的最大反向箝位電壓VC應小于被保護電路的損壞電壓。4) 在規定的脈沖持續時間內，TVS的最大峰值脈沖功率PM必須大于被保護電路可能出現的峰值脈沖功率。在確定了最大箝位電壓后，其峰值脈沖電流應大于瞬態浪涌電流。一般TVS的最大峰值脈沖功率是以10/1000ms的非重復脈沖給出的，而實際的脈沖寬度是由脈沖源決定的，當脈沖寬度不同時其峰值功率也不同。如某600W

7、TVS，對1000ms脈寬最大吸收功率為600W，但是對50ms脈寬吸收功率就可達到2100W，而對10ms的脈寬最大吸收功率就只有200W了。而且吸收功率還和脈沖波形有關：如果是半個正弦波形式的脈沖，吸收功率就要減到75，若是方波形式的脈沖，吸收功率就要減到66。 5) 平均穩態功率的匹配對于需要承受有規律的、短暫的脈沖群沖擊的TVS，如應用在繼電器、功率開關或電機控制等場合，有必要引入平均穩態功率的概念。舉例說明，在一功率開關電路中會產生120Hz，寬度為4ms，峰值電流為25A的脈沖群。選用的TVS可以將單個脈沖的電壓箝位到11.2V。此中平均穩態功率的計算為：脈沖時間間隔等于頻率的倒數

8、1/120=0.0083s，峰值吸收功率是箝位電壓與脈沖電流的乘積11.2V25A=280W，平均功率則為峰值功率與脈沖寬度對脈沖間隔比值的乘積，即280(0.000004S/0.0083S)=0.134W。也就是說，選用的TVS平均穩態功率必須大于0.134W。6) 對于數據接口電路的保護，還必須注意選取具有合適電容C的TVS器件。7) 根據用途選用TVS的極性及封裝結構。交流電路選用雙極性TVS較為合理；多線保護選用TVS陣列更為有利。8) 溫度考慮瞬態電壓抑制器可以在55150之間工作。如果需要TVS在一個變化的溫度下工作，由于其反向漏電流ID是隨溫度增加而增大；功耗隨TVS結溫增加而下

9、降，從25到175，大約線性下降50；擊穿電壓VBR隨溫度的增加按一定的系數增加。因此，必須查閱有關產品資料，考慮溫度變化對其特性的影響。5 注意事項1) 對瞬變電壓的吸收功率(峰值)與瞬變電壓脈沖寬度間的關系。手冊給的只是特定脈寬下的吸收功率(峰值)，而實際線路中的脈沖寬度則變化莫測，事前要有估計。對寬脈沖應降額使用。2) 對小電流負載的保護，可有意識地在線路中增加限流電阻，只要限流電阻的阻值適當，不會影響線路的正常工作，但限流電阻對干擾所產生的電流卻會大大減小。這就有可能選用峰值功率較小的TVS管來對小電流負載線路進行保護。3) 對重復出現的瞬變電壓的抑制，尤其值得注意的是TVS管的穩態平

10、均功率是否在安全范圍之內。4) 作為半導體器件的TVS管，要注意環境溫度升高時的降額使用問題。 特別要注意TVS管的引線長短，以及它與被保護線路的相對距離。 當沒有合適電壓的TVS管供采用時，允許用多個TVS管串聯使用。串聯管的最大電流決定于所采用管中電流吸收能力最小的一個。而峰值吸收功率等于這個電流與串聯管電壓之和的乘積。5) TVS管的結電容是影響它在高速線路中使用的關鍵因素，在這種情況下，一般用一個TVS管與一個快恢復二極管以背對背的方式連接，由于快恢復二極管有較小的結電容，因而二者串聯的等效電容也較小，可滿足高頻使用的要求。6 注：對TVS管的瞬間保護作用，有的資料上說是發生了齊納擊穿

11、，有的說是雪崩擊穿，筆者采用的觀點是雪崩擊穿。從而將穩壓管（齊納二極管）與TVS管區分。基本上參照了【周立敏TVS瞬態干擾抑止管性能與應用】電容的作用:1）旁路旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件，它能使穩壓器的輸出均勻化，降低負載需求。 就像小型可充電電池一樣，旁路電容能夠被充電，并向器件進行放電。為盡量減少阻抗，旁路電容要盡量靠近負載器件的供電電源管腳和地管腳。 這能夠很好地防止輸入值過大而導致的地電位抬高和噪聲。地電位是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。2）去耦去耦，又稱解耦。 從電路來說， 總是可以區分為驅動的源和被驅動的負載。如果負載電容比較大， 驅動電路要把電容充電、放電， 才

12、能完成信號的跳變，在上升沿比較陡峭的時候，電流比較大， 這樣驅動的電流就會吸收很大的電源電流，由于電路中的電感，電阻（特別是芯片管腳上的電感，會產生反彈），這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲，會影響前級的正常工作，這就是所謂的“耦合”。去耦電容就是起到一個“電池”的作用，滿足驅動電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾。將旁路電容和去耦電容結合起來將更容易理解。旁路電容實際也是去耦合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小，根據諧振頻率一般取0.1F、0.01F 等；而去耦合電容的容量一般較大，可能是10F 或者更大，依據電路

13、中分布參數、以及驅動電流的變化大小來確定。旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象，而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象，防止干擾信號返回電源。這應該是他們的本質區別。3）濾波從理論上（即假設電容為純電容）說，電容越大，阻抗越小，通過的頻率也越高。但實際上超過1F 的電容大多為電解電容，有很大的電感成份，所以頻率高后反而阻抗會增大。有時會看到有一個電容量較大電解電容并聯了一個小電容，這時大電容通低頻，小電容通高頻。電容的作用就是通高阻低，通高頻阻低頻。電容越大低頻越容易通過。具體用在濾波中,大電容（1000F）濾低頻，小電容（20pF）濾高頻。曾有網友形象地將濾波電容比作“水塘”。由于電容的兩端電壓不會突變，由此可知，信號頻率越高則衰減越大，可很形象的說電容像個水塘，不會因幾滴水的加入或蒸發而引起水量的變化。它把電壓的變動轉化為電流的變化，頻率越高，峰值