使电子电路免受损害的协同电路保护方案(一)

TVS抑制可能出现的浪涌脉冲功率，保护电子元器件的过程。

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10-12s量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数kW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TVS具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。TVS已广泛应用于计算机系统、通讯设备、交/直流电源、汽车、电子镇流器、家用电器、仪器仪表（电度表）、RS232/422/423/485、I/O、LAN、ISDN、ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、数字照相机的保护、共模/差模保护、RF耦合/IC驱动接收保护、电机电磁波干扰抑制、声频/视频输入、传感器/变速器、工控回路、继电器、接触器噪音的抑制等各个领域。

（1）TVS的工作特性

TVS的特点是：响应速度特别快（为ns级）；耐浪涌冲击能力较放电管和压敏电阻差，其10/1000μs波脉冲功率从400W～30kW，脉冲峰值电流从0.52A～544A；击穿电压有从6.8V～550V的系列值，便于各种不同电压的电路使用。

TVS管有单向与双向之分，单向TVS管的特性与稳压二极管相似，双向TVS管的特性相当于两个稳压二极管反向串联。

（2）TVS的主要特性参数

TVS主要有以下的特性参数。

①反向断态电压(截止电压)VRWM与反向漏电流IR

反向断态电压(截止电压)VRWM表示TVS管不导通的最高电压，在这个电压下只有很小的反向漏电流IR。

②击穿电压VBR

TVS通过规定的测试电流IT时的电压，这是表示TVS导通的标志电压。

③脉冲峰值电流IPP

超过这个电流值就可能造成永久性损坏。在同一个系列中，击穿电压越高的TVS允许通过的峰值电流越小。

④最大箝位电压VC

TVS管流过脉冲峰值电流IPP时两端所呈现的电压。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。

⑤脉冲峰值功率Pm

脉冲峰值功率Pm是指TVS的脉冲峰值电流IPP与最大箝位电压VC的乘积，即Pm=IPPVC。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稳态功率PO

TVS也可以作稳压二极管用，这时要使用它的稳态功率参数值。

⑦　极间电容Cj

与压敏电阻一样，TVS管的极间电容Cj也较大，极间电容Cj是TVS雪崩结截面决定的、在特定的1MHz频率下测得。极间电容Cj的大小与TVS的电流承受能力成正比，极间电容Cj过大将使信号衰减。因此，极间电容Cj是数据接口电路选用TVS的重要参数。并且单向TVS的极间电容比双向的极间电容大，功率越大的TVS极间电容也越大。

（3）TVS二极管的分类

TVS器件按极性可以分为单极性和双极性两种；按用途可以分为各种电路都适用的通用型TVS器件和特殊电路适用的专用型TVS器件；如果按封装及内部结构又可分为：轴向引线二极管、双列直插TVS阵列（适用多线保护）、贴片式、组件式和大功率模块式等。

（4）TVS的选用

①　确定被保护电路的最大直流工作电压或连续工作电压、电路的额定标准电压和“高端”容限；

②　TVS额定反向关断电压VFM应大于或等于被保护电路的最大工作电压。若选用的VFM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。TVS串联连接可以提高TVS的总额定反向关断电压；

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结电容Cj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TVS可以在－55℃~+150℃之间工作。如果需要TVS在一个变化的温度环境下工作，由于其反向漏电流ID是随工作温度的增加而增大，功耗随TVS结温的增加而下降，因此，使用时须考虑温度变化对其工作特性的影响。

例如，美国Tyco的瑞侃公司新近推出的过电压保护器件PolyZen微型集成保护模块为一高分子保护的齐纳二极管，可用于硬盘驱动器、便携电子设备、