TVS器件选型需要注意哪些问题呢？

一、TVS简介：

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，经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启停操作、交流电网的不稳定、雷电干扰及静电放电等，瞬态干扰几乎无处不在、让人防不胜防。

以静电放电为例，它通常能释放超过10000V、60A以上的脉冲，并持续10ms。而一般的TTL半导体器件，在遇到超过30ms的10V脉冲时，便可能会导致损坏。

在集成电路上精细的导电路径，通常无法承受所涉及的静电放电，造成芯片的直接损害和潜在伤害，而且随着器件越来越小型化，这些电子设备对静电放电会越来越敏感。

这时候就需要用专用的TVS、MOV吸能保护器件，将这些具有破坏性的能量限制在一定水平，从而保护整机产品。

TVS（瞬变电压抑制二极管）是在稳压管工艺基础上发展起来的一种保护器件，主要用于对电路进行瞬态保护，当TVS两端经受瞬间高能量冲击时，它可以在10的-12次方秒量级的时间里，把器件两端间的阻抗变成低阻抗，吸收峰值高达数千瓦的浪涌功率，并将其迅速泄放到地层，从而将器件两端间的电压箝制在一个预定的数值上，能有效地保护电子线路中的精密元器件。

图2：TVS钳位保护原理

TVS的结电容通常在0.12pF至100pF之间，因此不会影响大部分电路的正常工作。还有一种专门用于脉冲宽度大于ESD浪涌保护的齐纳二极管，称为浪涌保护齐纳二极管。这些齐纳二极管适用于雷电感应和开关浪涌引起的、脉冲宽度大于几微秒的过压脉冲电路保护。这类二极管的总电容为100pF至600pF，适用于雷电感应和开关浪涌的保护。

二、TVS的工作特性

TVS具备非线性伏-安特征，其特征与稳压二极管类似，击穿前表现为漏电流小，击穿后表现为稳压，响应速度较快且吸收浪涌强。如果单就这个曲线来看，TVS管和普通稳压管的击穿特性没有什么区别，为典型的PN结雪崩器件。

图3：TVS的电压-电流特性曲线

TVS的主要参数包括如下：

（1）击穿电压（Vbr）： TVS在此时阻抗骤然降低，处于雪崩击穿状态。

（2）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。

（3）反向工作电压（Vrwm）： 器件反向工作时，在规定的Ir下，器件两端的电压值称为最大反向工作电压Vrwm。通常Vrwm=（0.8~0.9）V(br)。在这个电压下，器件的功率消耗很小。使用时，应使Vrwm不低于被保护器件或线路的正常工作电压。

（4）最大反向漏电流（Ir）： 在工作电压下测得的流过TVS的最大电流。

（5）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。

（6）最大箝位电压（Vv）： 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，一般箝位因子仅为1.2～1.4。

（7）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：最大峰值脉冲功率为：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10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。一般地说,TVS所能承受的瞬时脉冲是不重复的脉冲。

但是在实际应用中，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，因此电路设计人员需要注意这一点。

TVS的工作可靠性高，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。

图4：TVS保护器件应用场景

TVS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、负载开关等人为操作错误引起的过电压冲击起保护作用，下面是几个TVS在电路应用中的典型例子。

三、TVS管应用选型和典型电路：

在进行TVS物料选型之前，首先需要确定被保护电路中的连续工作电压、额定标准电压、最大工作电压、损坏电压、峰值脉冲功率等参数，然后再进行针对性选型：

（1）待保护电路的直流电压或持续工作电压： 如果是交流电，应计算出波形的最大值，即用有效值*1.414。

（2）TVS的反向变位电压： 即工作电压（Vrwm），选择TVS的Vrwm等于或大于上述步骤1所规定的操作电压。这就保证了在正常工作条件下TVS吸收的电流可忽略不计。

（3）最大峰值脉冲功率： 确定电路的干扰脉冲情况,根据干扰脉冲的波形、脉冲持续时间,确定能够有效抑制该干扰的TVS峰值脉冲功率。

（4）最大箝位电压（Vc）： 所选TVS的Vc应低于被保护电路所允许的最大承受电压。

（5）单极性还是双极性： 如果TVS可能需要承受来自两个方向的浪涌电压冲击，就应该选择双极型，否则可以用单极性的TVS。

（6）确定功率： 如果知道比较准确的浪涌电流Ipp，那么可以利用Vc来确定其功率，如果无法确定功率的大概范围，一般来说，选择功率大一些比较稳妥。

TVS和压敏电阻（MOV）的对比：

在常见的接口保护器件中，压敏电阻（MOV）也是常见的一种器件，而且它的价格比TVS更低，我们在器件选型时该如何取舍？

但是钳制电压的能力稍稍比压敏电阻要弱一点，而且价格也比压敏电阻高一些，

压敏电阻是由陶瓷材料和氧化锌制成，同样具备非线性伏安特征，但是其综合表现能力较差：压敏电阻的寄生电容值较大；电流过大时其钳制的电压会比较高，截止电压可达最初中止电压的2～3倍；电压低时漏电流会较大；而且在经过能量冲击后容易产生老化，逐渐降低响应时间和保护能力。

不过压敏电阻也具备成本低，箝制电压能力强，能承受更大的浪涌电流，体积越大承受电流越大的优点，最大脉冲电流甚至可达几十万安培，这些特性适合用于对电压不太敏感的线路和器件的保护，如电源回路等。

因此TVS更多用在高速信号线、控制线、时钟线等电路，而且TVS应对浪涌比采用压敏电阻效果好，因此在一些高速数据传输端口保护应该选用TVS。压敏电阻主要用在电源电路和一些低速度信号端口，如手机键盘等。

TVS器件应用电路示例：

将TVS加在信号及电源线上，可以防止微处理器或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电路失灵。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干扰。

图6：TVS应用于电源保护和接口保护