TVS瞬态电压抑制器

TVS 二极管是和被保护电路并联的，当瞬态电压超过电路的正常工作电压时，二极管发生雪崩，为瞬态电流提供通路，使内部电路免遭超额电压的击穿或超额电流的过热烧毁。由于 TVS 二极管的结面积较大，使得它具有泄放瞬态大电流的优点，具有理想的保护作用，且经过多次 ESD 过程后不会劣化，这些特点决定了它有广泛的适用范围。
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 秒量级的速度，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，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。
由于它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点，目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、电源、家用电器等各个领域。具体有以下三大特点：
1、将 TVS 二极管加在信号及电源线上，能防止微处理器或单片机因瞬间的肪冲，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 10000V、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，便会导至损坏。利用 TVS 二极管，可有效吸收会造成器件损坏的脉冲，并能消除由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，能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响。
TVS 的电路符号与普通稳压二极管相同。它的正向特性与普通二极管相同；反向特性为典型的 PN 结雪崩器件。在瞬态峰值脉冲电流作用下，流过 TVS 的电流，由原来的反向漏电流 ID 上升到 IR时，其两极呈现的电压由额定反向关断电压 VWM 上升到击穿电压 VBR，TVS 被击穿。随着峰值脉冲电流的出现，流过 TVS 的电流达到峰值脉冲电流 IPP。在其两极的电压被箝位到预定的最大箝位电压以下。尔后，随着脉冲电流按指数衰减，TVS 两极的电压也不断下降，最后恢复到起始状态。这就是 TVS 抑制可能出现的浪涌脉冲功率，保护电子元器件的整个过程。
TVS 的特性参数

①最大反向漏电流 ID 和额定反向关断电压 VWM。
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等于其最大反向漏电流 ID。

②最小击穿电压 VBR 和击穿电流 IR
VBR 是 TVS 最小的雪崩电压。25℃时，在这个电压之前，TVS 是不导通的。当 TVS 流过规定的 1mA 电流（IR）时，加入 TVS 两极间的电压为其最小击穿电压 VBR。按 TVS的 VBR 与标准值的离散程度，可把 TVS 分为±5%VBR 和平共处±10% VBR 两种。对于±5%VBR 来说，VWM=0.85VBR；对于±10% VBR 来说，VWM=0.81 VBR。
③最大箝拉电压 VC 和最大峰值脉冲电流 IPP
当持续时间为 20 微秒的脉冲峰值电流 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。VC 与 VBR 之比称为箝位因子，一般在 1.2~1.4 之间。

④电容量 C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最大峰值脉冲功耗 PM
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，请查阅有关产品手册。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箝位时间 TC
TC 是从零到最小击穿电压 VBR 的时间。对单极性 TVS 小于 1×10-12 秒；对双极性TVS 小于是 1×10-11 秒。

TVS 的选用技巧
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 VWM 应大于或等于被保护电路的最大工作电压。若选用的 VWM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。串行连接分电压，并行连接分电流。
3、TVS 的最大箝位电压 VC 应小于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 必须大于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，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。
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、温度考虑。瞬态电压抑制器可以在－55~+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 是随增加而增大；功耗随 TVS 结温增加而下降，从+25℃到+175℃，大约线性下降 50％雨击穿电压 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。
VS 与压敏电阻的比较
目前，国内不少需进行浪涌保护的设备上使用的是压敏电阻。压敏电阻是一种金属化物变阻器。TVS 比压敏电阻的特性优越得多，具体特性参数的比较如下表所示。今年压敏电阻具有响应速度更快、无极性、成本低等优点。