瞬態電壓抑製二極管(TVS)又you叫jiao鉗qian位wei二er極ji管guan
，是shi目mu前qian國guo際ji上shang普pu遍bian使shi用yong的de一yi種zhong高gao效xiao能neng電dian路lu保bao護hu器qi件jian，它ta的de外wai型xing與yu普pu通tong二er極ji管guan相xiang同tong
，但dan卻que能neng吸xi收shou高gao達da數shu千qian瓦wa的de浪lang湧yong功gong率lv。

 

瞬(shun)態(tai)電(dian)壓(ya)抑(yi)製(zhi)二(er)極(ji)管(guan)的(de)主(zhu)要(yao)特(te)點(dian)是(shi)在(zai)反(fan)向(xiang)應(ying)用(yong)條(tiao)件(jian)下(xia)，當(dang)承(cheng)受(shou)一(yi)個(ge)高(gao)能(neng)量(liang)的(de)大(da)脈(mai)衝(chong)時(shi)，其(qi)工(gong)作(zuo)阻(zu)抗(kang)立(li)即(ji)降(jiang)至(zhi)極(ji)低(di)的(de)導(dao)通(tong)值(zhi)，從(cong)而(er)允(yun)許(xu)大(da)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)
，同(tong)時(shi)把(ba)電(dian)壓(ya)鉗(qian)製(zhi)在(zai)預(yu)定(ding)水(shui)平(ping)，其(qi)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)僅(jin)為(wei)10-12毫秒，因此可有效地保護電子線路中的精密元器件。

 

瞬態電壓抑製二極管允許的正向浪湧電流在TA＝250C，T＝10ms條件下
，可達50～200A。雙向TVS可在正反兩個方向吸收瞬時大脈衝功率，並把電壓鉗製到預定水平，雙向TVS適用於交流電路
，單向TVS一般用於直流電路。可用於防雷擊
、防過電壓、抗幹擾
、吸收浪湧功率等
，是一種理想的保護器件。耐受能力用瓦特(W)表示。

 

瞬態電壓抑製二極管的主要電參數

 

（1）擊穿電壓V(BR)

 

器件在發生擊穿的區域內，在規定的試驗電流I(BR)下
，測得器件兩端的電壓稱為擊穿電壓
，在此區域內，二極管成為低阻抗的通路。

 

（2）最大反向脈衝峰值電流IPP

 

在反向工作時，在規定的脈衝條件下，器件允許通過的最大脈衝峰值電流。 IPP與最大鉗位電壓VC(MAX)的乘積，就是瞬態脈衝功率的最大值。

 

使用時應正確選取TVS，使額定瞬態脈衝功率PPR大於被保護器件或線路可能出現的最大瞬態浪湧功率。

 

瞬態電壓抑製二極管的分類

 

瞬(shun)態(tai)電(dian)壓(ya)抑(yi)製(zhi)二(er)極(ji)管(guan)可(ke)以(yi)按(an)極(ji)性(xing)分(fen)為(wei)單(dan)極(ji)性(xing)和(he)雙(shuang)極(ji)性(xing)兩(liang)種(zhong)

，按(an)用(yong)途(tu)可(ke)分(fen)為(wei)各(ge)種(zhong)電(dian)路(lu)都(dou)適(shi)用(yong)的(de)通(tong)用(yong)型(xing)器(qi)件(jian)和(he)特(te)殊(shu)電(dian)路(lu)適(shi)用(yong)的(de)專(zhuan)用(yong)型(xing)器(qi)件(jian)。如(ru)：各種交流電壓保護器、 4~200mA電流環保器、數據線保護器、同軸電纜保護器、電話機保護器等。若按封裝及內部結構可分為：軸向引線二極管
、雙列直插TVS陣列（適用多線保護）、貼片式、組件式和大功率模塊式等。

 

瞬態電壓抑製二極管的應用

 

目前已廣泛應用於計算機係統、通訊設備
、交/ 直流電源


、汽車、電子鎮流器
、家用電器、儀器儀表（電度表）、RS232/422/423/485、 I/O
、LAN、ISDN 、ADSL

、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、數字照相機的保護、共模/差模保護、RF耦合/IC驅動接收保護、電機電磁波幹擾抑製、聲頻/視頻輸入、傳感器/變速器
、工控回路、繼電器、接觸器噪音的抑製等各個領域。

 

瞬態電壓抑製二極管的特點

 

（1）將TVS二極管加在信號及電源線上，能防止微處理器或單片機因瞬間的肪衝，如靜電放電效應、交流電源之浪湧及開關電源的噪音所導致的失靈。

 

（2）靜電放電效應能釋放超過10000V、60A以上的脈衝
，並能持續10ms；而一般的TTL器件
，遇到超過30ms的10V脈衝時，便會導至損壞。利用TVS二極管，可有效吸收會造成器件損壞的脈衝，並能消除由總線之間開關所引起的幹擾（Crosstalk）。

 

（3）將TVS二極管放置在信號線及接地間，能避免數據及控製總線受到不必要的噪音影響。

 

瞬態電壓抑製二極管的選用技巧

 

（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“高端”容限。

 

（2）TVS額定反向關斷VWM應大於或等於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。串行連接分電壓，並行連接分電流。

 

（3）TVS的最大鉗位電壓VC應小於被保護電路的損壞電壓。

 

（4）在規定的脈衝持續時間內，TVS的最大峰值脈衝功耗PM必須大於被保護電路內可能出現的峰值脈衝功率。在確定了最大鉗位電壓後，其峰值脈衝電流應大於瞬態浪湧電流。

 

（5）對於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。

 

（6）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。

 

（7）溫度考慮。瞬態電壓抑製器可以在－55℃～+150℃之間工作。如果需要TVS在一個變化的溫度工作，由於其反向漏電流ID是隨增加而增大；功耗隨TVS 結溫增加而下降，從+25℃～+175℃，大約線性下降50％雨擊穿電壓VBR隨溫度的增加按一定的係數增加。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。

 

處理瞬時脈衝對元件損害的最好辦法是將瞬時電流從感應元件引開。 TVS二極管在線路板上與被保護線路並聯
，當瞬時電壓超過電路正常工作電壓後
，TVS二(er)極(ji)管(guan)便(bian)產(chan)生(sheng)雪(xue)崩(beng)，提(ti)供(gong)給(gei)瞬(shun)時(shi)電(dian)流(liu)一(yi)個(ge)超(chao)低(di)電(dian)阻(zu)通(tong)路(lu)

，其(qi)結(jie)果(guo)是(shi)瞬(shun)時(shi)電(dian)流(liu)透(tou)過(guo)二(er)極(ji)管(guan)被(bei)引(yin)開(kai)，避(bi)開(kai)被(bei)保(bao)護(hu)元(yuan)件(jian)，並(bing)且(qie)在(zai)電(dian)壓(ya)恢(hui)複(fu)正(zheng)常(chang)值(zhi)之(zhi)前(qian)使(shi)被(bei)保(bao)護(hu)回(hui)路(lu)一(yi)直(zhi)保(bao)持(chi)截(jie)止(zhi)電(dian)壓(ya)。當(dang)瞬(shun)時(shi)脈(mai)衝(chong)結(jie)束(shu)以(yi)後(hou)，TVS二er極ji管guan自zi動dong回hui覆fu高gao阻zu狀zhuang態tai，整zheng個ge回hui路lu進jin入ru正zheng常chang電dian壓ya。許xu多duo元yuan件jian在zai承cheng受shou多duo次ci衝chong擊ji後hou
，其qi參can數shu及ji性xing能neng會hui產chan生sheng退tui化hua，而er隻zhi要yao工gong作zuo在zai限xian定ding範fan圍wei內nei，二er極ji管guan將jiang不bu會hui產chan生sheng損sun壞huai或huo退tui化hua。

 

從以上過程可以看出，在選擇TVS二極管時，必須注意以下幾個參數的選擇：

 

1、最小擊穿電壓VBR和擊穿電流I R 。 VBR是TVS最小的擊穿電壓，在25℃時，低於這個電壓TVS是不會產生雪崩的。當TVS流過規定的1mA電流(IR )時，加於TVS兩極的電壓為其最小擊穿電壓V BR 。按TVS的VBR與標準值的離散程度，可把VBR分為5％和10％兩種。對於5％的VBR來說
，V WM =0.85VBR；對於10％的VBR來說
，V WM =0.81VBR。為了滿足IEC61000-4-2國際標準
，TVS二極管必須達到可以處理最小8kV(接觸)和15kV(空氣)的ESD衝擊，部份半導體廠商在自己的產品上使用了更高的抗衝擊標準。對於某些有特殊要求的可攜設備應用，設計者可以依需要挑選元件。

 

2、最大反向漏電流ID和額定反向切斷電壓VWM。 VWM是二極管在正常狀態時可承受的電壓，此電壓應大於或等於被保護電路的正常工作電壓，否則二極管會不斷截止回路電壓
；但它又需要盡量與被保護回路的正常工作電壓接近，這樣才不會在TVS工作以前使整個回路麵對過壓威脅。當這個額定反向切斷電壓VWM加於TVS的兩極間時它處於反向切斷狀態
，流過它的電流應小於或等於其最大反向漏電流ID。

 

3、最大鉗位電壓VC和最大峰值脈衝電流I PP 。當持續時間為20ms的脈衝峰值電流IPP流過TVS時，在其兩端出現的最大峰值電壓為VC。 V C 、IPP反映了TVS的突波抑製能力。 VC與VBR之比稱為鉗位因子
，一般在1.2~1.4之間。 VC是二極管在截止狀態提供的電壓，也就是在ESD衝擊狀態時通過TVS的電壓

，它不能大於被保護回路的可承受極限電壓，否則元件麵臨被損傷的危險。

 

4、Pppm額定脈衝功率
，這是基於最大截止電壓和此時的峰值脈衝電流。對於手持設備，一般來說500W的TVS就足夠了。最大峰值脈衝功耗PM是TVS能承受的最大峰值脈衝功耗值。在特定的最大鉗位電壓下，功耗PM越大
，其突波電流的承受能力越大。在特定的功耗PM下，鉗位電壓VC越低，其突波電流的承受能力越大。另外
，峰值脈衝功耗還與脈衝波形、持續時間和環境溫度有關。而且，TVS所能承受的瞬態脈衝是不重覆的
，元件規定的脈衝重覆頻率(持續時間與間歇時間之比)為0.01％。如果電路內出現重覆性脈衝
，應考慮脈衝功率的累積
，有可能損壞TVS。

 

5、電容器量C。電容器量C是由TVS雪崩結截麵決定的
，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太大將使訊號衰減。因此，C是數據介麵電路選用TVS的重要參數。電容器對於數據/訊(xun)號(hao)頻(pin)率(lv)越(yue)高(gao)的(de)回(hui)路(lu)，二(er)極(ji)管(guan)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)對(dui)電(dian)路(lu)的(de)幹(gan)擾(rao)越(yue)大(da)
，形(xing)成(cheng)噪(zao)音(yin)或(huo)衰(shuai)減(jian)訊(xun)號(hao)強(qiang)度(du)，因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)根(gen)據(ju)回(hui)路(lu)的(de)特(te)性(xing)來(lai)決(jue)定(ding)所(suo)選(xuan)元(yuan)件(jian)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)範(fan)圍(wei)。高(gao)頻(pin)回(hui)路(lu)一(yi)般(ban)選(xuan)擇(ze)電(dian)容(rong)器(qi)應(ying)盡(jin)量(liang)小(xiao)(如 LCTVS
、低電容器TVS
，電容器不大於3pF)
，而對電容器要求不高的回路電容器選擇可高於40pF。

 

瞬態電壓抑製二極管特性曲線：

 

說明：

VBR：崩潰電壓@IT- TVS瞬間變為低阻抗的點

VRWM：維持電壓-在此階段TVS為不導通之狀態

VC：鉗製電壓@Ipp -鉗製電壓約略等於1.3*VBR

VF：正向導通電壓@IF -正向壓降

IR：逆向漏電流＠VRWM

IT：崩潰電壓之測試電流

IPP：突波峰值電流

IF：正向導通電流

 

圖1 單向TVS二極管特性曲線

 

圖2 雙向TVS二極管特性曲線

 

圖3 瞬態電壓抑製二極管電路原理