基于TVS 器件特性参数及应用的探究

的特性分析

　　3.1 TVS的伏安特性

　　TVS能保护晶体管电路，是靠伏安特性起箝位作用，见图1.当TVS管电压为反偏，且位于0~VBR时，TVS管呈高电阻状态；当反偏电压超过VBR时，流经TVS管电流迅速增加，进入低电阻导通状态，从高电阻状态到低电阻状态延时只有ps数量级。TVS管两端电压被箝制在VC以下，经过电压脉冲过后，TVS管又恢复高阻状态。

3.2 TVS的钳位特性

　　TVS属限压型浪涌保护器件，能对过电压起钳位作用，将浪涌电压限制在安全耐压范围内，从而保护后面的负载电路。根据电路的基本理论，按照环路电压分析法，从图2可以看出，电路的输出电压Voutput可由式（1）得到：

若设浪涌电压Vg为8 kV,Rg为330 Ω，RS为0.14 Ω，TVS的VBR为6 V,则i≈24 A,那么由式（1）得Voutput=10 V.

　　利用TVS的钳位特性，将8 kV危险浪涌电压削减到10 V的安全电压。需要注意的是，以上电路应满足Rg>RS+RLoad>RS这一条件。

4 TVS 的应用

　　4.1 TVS在TN电源系统的应用

　　雷电过电压波、负载开关等人为操作错误引起的过电压容易通过供电线路侵入电气电子设备内部，造成电气电子设备失效、误动作，甚至造成设备的永久性损坏，造成严重经济损失。通过在电源线路上安装浪涌吸收装置MOV 和TVS,实施两级保护，并对L、N 线进行共模、差模保护。具体做法是在线路的前端安装MOV 作为第一级SPD保护，泄放大部分雷电流，在线路的末端（设备前端）安装大功率TVS作为第二级SPD保护，进一步削弱过电压波幅值，将电网电压降至E/I安全耐压范围之内，如图3所示。要注意的是，MOV与TVS应达到电压和能量的协调与配合，AB之间的线路长度不应小于5 m,否则应增加线路长度或安装退耦器件。

4.2 TVS在网络信号线路的应用

　　TVS不仅可以用于电源系统的浪涌防护，还可以用于信号线路的浪涌保护，采用气体放电管GDT 与TVS管组合成信号浪涌保护器，其特点是反应快，漏流小，几乎对信号无损耗，可以对高速网络线路提供安全、可靠的保护，如图4所示。

4.3 TVS在直流电源系统的应用

　　图5 为一台普通PC 电脑的供电电源电路，市电AC 220 V经过变压器降压至AC 20 V,再经调制整流电路，输出DC 10 V 直流电源，接入负载。通过在变压器输出端安装双向瞬态电压抑制器TVS1,吸收L 及N 线的瞬时冲击脉冲电流，将电路电压箝制在安全电压水平，TVS1可以保护变压器后端整流器及其他电路元器件。在整流器后的直流电源输出端安装单向瞬态电压抑制器TVS2,用于保护直流负载免受过电压电电流冲击。

　　4.4 TVS在晶体管电路的应用

　　晶体三极管作为电流控制型器件，是电子集成电路中的重要组成部分，可分为NPN 管和PNP 管[5]两类，应用于开关电路、放大电路和稳压电路。为了使晶体管电路免受ESD/EFT（静电放电/电快速瞬变脉冲群）等浪涌电压的干扰，在电路的输入端和输出端分别加入TVS1、TVS2进行保护，其保护电路如图6所示。

4.5 采用TVS保护TTL逻辑电路

　　TTL 电路是晶体管？晶体管逻辑电路的简称，是目前使用最广泛的一种门电路，通过输入高低电平[5],实现逻辑功能。它由三部分组成，即输入级（发射极晶体管V1 和基极电阻R1）、倒相级（V2 管和电阻R2,R3）、输出级（V3,V4,V5和电阻R4,R5）。对于TTL逻辑电路的浪涌防护，主要通过在输入级A,B 端分别加入TVS1 和TVS2 进行保护，在电路的输出端“L”加入TVS4 进行保护，在直流电源UCC端加入TVS3进行保护，可以有效抑制各种瞬变过电压对晶体管的EB 结或CE 结击穿而损坏。图7为TTL“与非”门的典型保护电路。

4.6 采用TVS保护MOS集成电路

　　MOS 集成电路的基本原件是MOS 晶体管，MOS 管有源极S、漏极D、栅极G三个电极，是电压控制元件，用变化的栅漏电压来控制漏源电流，MOS管分为P型MOS管和N型MOS管两种。由NMOS管和PMOS管组成的互补型MOS电路称为CMOS电路，它能对输出端的电容提供一个快速充放电回路，功耗小，工作速度较高，具有较强的负载能力及抗干扰能力，在数安集成电路中得到越来越广泛的应用。图8为COMS反相器保护电路图，在电路的输入端Ui、输出端Uo及电源电压UDD分别加入TVS3,TVS2,TVS1,从而保护晶体管电路及后面的负载元件。

5 结语

　　（1）TVS具有响应快、功率大、极间电容和体积小、无漏流、应用领域广等优点，可有效地保护TN 电源系统、直流电源、信号线路及晶体管集成电路等，可抑制共模/差模浪涌冲击和ESD/EFT等瞬态浪涌电压的干扰。

（2）电路设计应考虑被保护电路的特性、工作环境及TVS的VC,IPP,VWM,VBR,Ppp等相关参数选择适配的TVS保护器件，TVS接入电路应不影响电路的正常运行，能安全泄放预期瞬态浪涌电流，将危险电压钳位