TVS的电路保护机制介绍

电压及电流的瞬态干扰是造成电子电路及设备损坏的主要原因，常给人们带来无法估量的损失。这些干扰通常来自于电力设备的起停操作、交流电网的不稳定、雷击干扰及静电放电等,瞬态干扰几乎无处不在、无时不有，使人感到防不胜防。幸好,一种高效能的电路保护器件TVS的出现使瞬态干扰得到了有效抑制，TVS（Transient Voltage Suppressor） 或称瞬态抑制二极管，是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品，其电路符号和普通稳压二极管相同，外形也与普通二极管无异，当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度（最高达1/(10^12)秒）使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压钳位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。

TVS的特性与参数

TVS特性曲线

1、TVS的特性

当管子两段的反向电压大于VRWM后，管子开始反向导通；反向电压大于VBR后，管子处于雪崩击穿状态，此时电流开始突变；反向电压大于VC时，流过管子的电流急剧增加，而管子两端的电压差值变化不大（电压被钳位）。

2、TVS的参数

最小击穿电压（VBR）：当TVS流过规定的电流时，TVS两端的电压称为最小击穿电压，在此区域，TVS呈低阻抗的通路。在25℃时，低于这个电压，TVS是不会发生雪崩击穿的。

测试电流（IT）：TVS的击穿电压VBR在此电流下测量而得。一般情况下IT取１mA。

额定反向关断电压（VRWM）：TVS的最大额定直流工作电压，当TVS两端电压继续上升，TVS将处于高阻状态。此参数也可被认为 是所保护电路的工作电压。

最大反向漏电流（IR）：IR是最大反向工作电压施加到TVS上时，TVS管的漏电流。当TVS用于高阻抗电路时，这个漏电流IR一个重要参数。

最大峰值脉冲电流（IPP）：TVS允许流过的最大浪涌电流，它反映了TVS的浪涌抑制能力。

最大箝位电压（VC）：当TVS管承受瞬态高能量冲击时，管子中流过大电流，峰值为IPP，端电压由VRWM值上升到VC值就不再上升了，从而实现了保护作用。浪涌过后，随时间IPP以指数形式衰减，当衰减到一定值后，TVS两端电压由VC开始下降,恢复原来状态。最大箝位电压VC与击穿电压VBR之比称箝位因子Cf，表示为Cf= VC /VBR，一般钳位因子仅为1.2～1.4。

峰值脉冲功率(PP)：PP按峰值脉冲功率的不同TVS分为四种，有500Ｗ、600Ｗ、1500Ｗ和5000Ｗ

最大峰值脉冲功率：PN=VC·IPP。显然，最大峰值脉冲功率愈大,TVS所能承受的峰值脉冲电流IPP愈大；另一方面，额定峰值脉冲功率PP确定以后，所TVS能承受的峰值脉冲电流IPP，随着最大箝位电压VC的降低而增加。TVS最大允许脉冲功率除了和峰值脉冲电流和箝位电压有关外，还和脉冲波形、脉冲持续时间和环境温度有关。

TVS所能承受的瞬时脉冲峰值可达数百安培，其箝位响应时间仅为1/(10^12) 秒；TVS所允许的正向浪涌电流,在25℃,1/120秒的条件下,也可达50-200安培。一般来说，TVS所能承受的瞬 时脉冲是不重复的脉冲。而实际应用中，电路里可能出现重复性脉冲。

TVS器件规定,脉冲重复率比(脉冲持续时间和间歇时间之比)为0.01%。如不符合这一条件，脉冲功率的积累有可能使TVS烧毁。电路设计人员应注意这一点。TVS的工作是可靠的， 即使长期承受不重复性大脉冲的高能量的冲击，也不会出现老化问题。试验证明，TVS安全工作于10000次脉冲后，其最大允许脉冲功率仍为原值的80％以上。

TVS的应用

TVS主要用于对电路元件进行快速过电压保护。它能吸收功率高达数千瓦的浪涌信号。TVS具有体积小、功率大、响应快、无噪声、价格低等诸多优点，它的应 用十分广泛，如：家用电器、电子仪器、仪表、精密设备、计算机系统、通讯设备、RS232/485及 CAN等通讯端口、ISDN的保护、I/O端口、IC电路保护音/视频输入、交/直流电源、电机/继电器噪声的抑制等各个领域。它可以有效地对雷电、负载开关等人为错误操作引起的过电压冲击起保护作用。

TVS的选型

确定被保护电路的工作电压。最大工作电压要小于VRWM，如果工作电压大于VRWM，那在正常工作时TVS管就会被击穿，将工作电压导入地端，电路不能正常工作；VRWM也不能太大，只要略高于最大工作电压，否则不能起到保护作用；一般购买TVS管时标的电压就是VRWM，选择时只要选比工作电压略高的VRWM TVS管即可。

确定最大峰值脉冲功率。根据电路的干扰脉冲波形、脉冲持续时间，来确定能够有效抑制该脉冲干扰的TVS峰值脉冲功率。

最大钳位电压VC。VC应低于所被保护电路允许承受的最大电压。当脉冲持续时间较长时，VC就是能将脉冲电压钳制到的电位，类似稳压二极管的稳压电位；VC小说明TVS容易被损坏，当脉冲电压比VC大很多，且时间很长时，脉冲电压和VC的比值越大，TVS管越容易损坏。

单极性/双极性。时常会出现这样的误解即双向TVS是用来抑制反向浪涌脉冲，其实并非如此。双向TVS用于交流或正负双向脉冲的场合。如电路中仅有单向脉冲信号，那使用单向TVS就可以。

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