基于TVS 器件特性参数及应用的探究

摘要：为了解决雷电、电网开关操作、低压电源线上各类设备的起停操作及静电放电、电快速瞬变脉冲群等危险浪涌电压会影响电子设备的正常工作，甚至烧毁电路及设备等致命危害的问题。

　　鉴于此本文通过分析TVS器件的特性和主要参数及其工作原理，提出了TVS可以有效的保护TN电源系统、直流电源、信号线路及晶体管集成电路等，其应用范围广，且安全可靠，同时给出了TVS器件在各种电路设计中的典型应用保护电路。应用时应当针对不同的保护对象及电路的相关参数来选用适配元件。

　　0 引言

　　电网中的工频过电压、谐振过电压及瞬态过电压，包括操作过电压和雷电过电压，这些危险浪涌能量无法泻放或吸收，而侵入电气设备内部电路，就能影响电子设备的正常工作，甚至会烧毁电路；而集成数字电路容易受ESD/EFT（静电放电/电快速瞬变脉冲群）等浪涌电压干扰，可能会造成工作异常、死机，甚至损坏并引发其他的安全问题。利用TVS器件对电路进行精细保护，可有效地使电子线路中的精密元器件免受各种浪涌脉冲的损坏。本文对TVS器件的特性及应用作详细分析与研究有重要意义。

　　1 TVS 的结构及分类

　　TVS 瞬态电压抑制器是在稳压二极管的基础上发展而来的，是一种二极管形式的新型高效能保护器件。

　　TVS通常采用二极管式的轴向引线封装结构，TVS的核心单元是芯片，芯片主要材料为半导体硅片或晒片，芯片有单极型和双极型两种结构，单极型TVS有一个PN结，双极型TVS有两个PN结。TVS芯片的PN结经玻璃纯化保护由引线引出，再经改性环氧树脂封装制成。

　　TVS瞬态电压抑制器有单极性与双极性之分，单极性只对一个方向的浪涌电压冲击起保护作用，双极性瞬态二极管对相反的极性浪涌电压冲击都起保护作用，相当于两只稳压管反向串联，它优点是结电容小，响应时间短，功率大。单向TVS多用于直流和已知方向的信号电路，双极性TVS 多用于交流和变化的信号电路，TVS阵列多用于多线保护。TVS管也可以与二极管串联，利用二极管寄生电容较小的特点来降低总寄生电容，可以实现对高速信号端口的保护。TVS串行接入电路可以分电压，并行接入可以分电流，但在应用中应控制串/并数量，TVS在应用过程中必须考虑环境温度及温度变化情况对TVS特性的影响，因为温度上升会使TVS反向漏电流增加，功耗下降。另外，TVS按峰值功率可分为500 W,1 000 W,1 500 W,5 000 W等多种型号。

　　2 TVS 的主要参数及选用

　　2.1 最小击穿电压VBR

　　最小击穿电压VBR 等于1 mA 的测试电流通过TVS时，TVS 两极的电压值。VBR 根据其与标准值的离散程度分为两种：VBR（5%）与VBR（10%）。

　　2.2 额定反向工作电压VWM

　　TVS反向工作时，在规定的IR条件下，TVS两极的电压值称为额定反向工作电压VWM.一般情况，VWM=（0.8~0.9）VBR,离散度为5%的TVS,VWM=0.85VBR（5%）；离散度为10%的TVS,VWM=0.81VBR（10%）。VWM值的选择要适中，VWM值既要大于等于US（最大持续工作电压），又要与US值相接近，选择太大或太小都不能安全可靠保护电路。

　　2.3 最大反向脉冲峰值电流IPP

　　TVS 反向工作时，在规定的脉冲条件下，TVS 允许通过的最大峰值脉冲电流称为最大反向脉冲峰值电流，峰值脉冲电流IPP应大于电路瞬态浪涌电流。

　　2.4 最大钳位电压VC

　　当脉冲峰值电流IPP流过TVS时，其两极的最大峰值电压为最大钳位电压。VC为TVS的电压保护水平，是选用TVS 十分关键的参数，应小于被保护电路耐压水平UW,否则TVS 将失去保护作用。TVS 钳位系数等于VC VBR ,钳位系数取值一般在1.2~1.4范围内。

　　2.5 峰值脉冲功率Ppp

　　峰值脉冲功率等于TVS允许通过的最大峰值脉冲电流IPP 与最大箝位电压VC 的乘积。Ppp 值与脉冲波形、脉冲时间及环境温度有关。在应用中要根据电路的特性和工作环境确定电路预期瞬态浪涌电流及可能出现的瞬态浪涌脉冲功率，峰值脉冲功率Ppp 应考虑20%的安全裕量，据此确定TVS额定脉冲功率Pppm.额定脉冲功率应大于被保护器件或线路可能出现的峰值脉冲功率。同时，电路设计必须认真考虑重复施加脉冲能量的累积，其能量不应超过TVS器件的脉冲能量额定值。

　　2.6 电容C

　　TVS的电容量由其芯片的面积和偏置电压来确定，其偏置电压与电容值C 成反比。在应用中要根据电路持性选择合适的电容范围，电容大会使信号损失，对信号起调制作用，引起干扰。

　　2.7 反向漏电流ID

　　当额定反向工作电压VWM 加于TVS两极时，TVS处于反向关断状态，流过TVS 的电流称为反向漏电流，ID值应小于或等于其最大反向漏电流。

　　2.8 钳位响应时间TC

　　钳位响应时间是指TVS两极电压从零升至最小击穿电压VBR的时间，TVS的TC小于1×10-12 s,仅为1 ps.

3 TVS