瞬态抑制二极管的特点和应用

1、瞬态抑制二极管TVS的特点与应用一、什么是瞬态抑制二极管瞬态二极管（Transient Voltage Suppressor）简称TVS，是一种二极管形式的高 效能保护器件。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次 方秒量级的速度，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。硅瞬变吸收二极管的工作有点像普通的稳压管，是箝位型的干扰吸收器件；其应用 是与被保护设备并联使用。硅瞬变电压吸收二极管具有极快的响应时间（亚纳秒级）和相 当高的浪涌吸收能力，及极多的电压档次。

2、可用于保护设备或电路免受静电、电感性负 载切换时产生的瞬变电压，以及感应雷所产生的过电压。TVS管有单方向（单个二极管）和双方向（两个背对背连接的二极管）两种，它们的主 要参数是击穿电压、漏电流和电容。使用中TVS管的击穿电压要比被保护电路工作电压 高10%左右，以防止因线路工作电压接近TVS击穿电压，使TVS漏电流影响电路正常工作; 也避免因环境温度变化导致TVS管击穿电压落入线路正常工作电压的范围。TVS管有多种封装形式，如轴向引线产品可用在电源馈线上；双列直插的和表面贴 装的适合于在印刷板上作为逻辑电路、I/O总线及数据总线的保护。二、TVS的特性TVS的电路符号和普通的稳压管相同。其正

3、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。在浪涌电压的作用下，TVS两极间的电压由额定反向关断电压VWM上升到击穿电压 VBR，而被击穿。随着击穿电流的出现，流过TVS的电流将达到峰值脉冲电流IPP，同时 在其两端的电压被箝位到预定的最大箝位电压VC以下。其后，随着脉冲电流按指数衰减，TVS两极间的电压也不断下降，最后恢复到初态， 这就是TVS抑制可能出现的浪涌脉冲功率，保护电子元器件的过程。当TVS两极受到反向高能量冲击时，它能以1012s级的速度，将其两极间的阻抗由 高变低，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电位箝位于预定值，有效地保护电子 设备中的元器件免受浪涌脉冲的损

4、害。TVS具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压容易控 制、体积小等优点，目前已广泛应用于家用电器、电子仪表、通讯设备、电源、计算机 系统等各个领域。三、TVS的主要参数*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，当这个反向电压加于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。*最小击穿电压VBR和击穿电流IR。VBR是TVS最小的击穿电压。在25C时，低于这个 电压TVS是不会发生雪崩的。当TVS流过规定的1mA电流(IR)时，加于TVS两极的电压为其 最小击穿电压VBR。按TVS的

5、VBR与标准值的离散程度，可把VBR分为5%和10%两种。对 于5%的VBR来说，VWM=0.85VBR；对于 10%的VBR来说，VWM=0.81VBR。*最大箝位电压VC和最大峰值脉冲电流IPP。当持续时间为20mS的脉冲峰值电流IPP 流过TVS时，在其两端出现的最大峰值电压为VC。VC、IPP反映了TVS的浪涌抑制能力。 VC与VBR之比称为箝位因子，一般在1.21.4之间。*电容量C。电容量C是由TVS雪崩结截面决定的，是在特定的1 MHz频率下测得的。C 的大小与TVS的电流承受能力成正比，C太大将使信号衰减。因此，C是数据接口电路选 用TVS的重要参数。*最大峰值脉冲功耗PM。P

6、M是TVS能承受的最大峰值脉冲功率耗散值。在给定的最大 箝位电压下，功M越大，其浪涌电流的承受能力越大；在给定的功耗划下，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 能损坏TVS。*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1X10-12s； 对双极性TVS小于10X10-12s。四、TVS的分类TVS器件按极性可分为单极性和双极性两种；按用途可分

7、为通用型和专用型；按封 装和内部结构可分为：轴向引线二极管、双列直STVS阵列、贴片式和大功率模块等。 轴向引线的产品峰值功率可以达到400W、500W、600W、1500W和5000W。其中大功率的产 品主要用在电源馈线上，低功率产品主要用在高密度安装的场合。对于高密度安装的场 合还可以选择双列直插和表面贴装的封装形式。五、TVS的选用*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最大可承受 电压。*TVS的额定反向关断电压VWM应六、压敏电阻和TVS如果电机是AC24V的，在电机方向线对地接一个470K压敏电阻；如果电机是AC220V, 则加471K压敏电阻。意义重要是消除

8、电机换相产生的尖峰高压。压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌电能量，但不能承受毫安级以上的持续电流，在用 作过压保护时必须考虑到这一点。压敏电阻的选用，一般选择标称压敏电困1mA和通流 容量两个参数。1、所谓压敏电压，即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值，大多数情 况下用1 mA直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值，其产品的压敏电压范围可以从10 -9000V不等。可根据具体需要正确选用。一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC，式中，Vp为电路额定电压的峰值。VAC为额定交流电压的 有效值。ZnO压敏电阻的电压值选择是至关重要的，它关系到保护效果与使用寿命。如一台用电器的额定电源电压为220V

9、，则压敏电阻电压值V1mA=1.5Vp=1.5X 1.414 X220V=476V, V1mA=2.2VAC=2.2X220V=484V，因此压敏电阻的击穿电压可选在470- 480V之间。2、所谓通流容量，即最大脉冲电流的峰值是环境温度为25C情况下，对于规定的 冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言，压敏电压的变化不超过土 10%时的最大脉 冲电流值。为了延长器件的使用寿命，ZnO压敏电阻所吸收的浪涌电流幅值应小于手册 中给出的产品最大通流量。然而从保护效果出发，要求所选用的通流量大一些好。在许多情况下，实际发生的 通流量是很难精确计算的，则选用2-20KA的产品。如手头产品的通流量不能满足

10、使用 要求时，可将几只单个的压敏电阻并联使用，并联后的压敏电不变，其通流量为各单只 压敏电阻数值之和。要求并联的压敏电阻伏安特性尽量相同，否则易引起分流不均匀而 损坏压敏电阻。标称电压选取一般地说，压敏电阻器常常与被保护器件或装置并联使用，在正常情况下，压敏电 阻器两端的直流或交流电压应低于标称电压，即使在电源波动情况最坏时，也不应高于 额定值中选择的最大连续工作电压，该最大连续工作电压值所对应的标称电压值即为选 用值。对于过压保护方面的应用，压敏电压值应大于实际电路的电压值，一般应使用下 式进行选择：VmA=av/bc式中：a为电路电压波动系数，一般取1.2； v为电路直流工作电压(交 流时为有效值)；b为压敏电压误差，一般取0.85； c为元件的老化系数，一般取0.9；这样计算得到的VmA实际数值是直流工作电压的1. 5倍，在交流状态下还要考虑峰 值，因此计算结果应