1、 瞬态电压抑制器 是一种 二极管 形式的高效能 保护器 件，具有极快的 响应时间和相当高的浪涌吸收能力。当 TVS 的两端受到反向瞬态过压脉冲时，能以极高的速度把两端间的高阻抗变为低阻抗，以吸收瞬间大 电流，并将电压箝制在预定数值，从而有效保护 电路中的 元器件 免受损坏。本文讲述了 TVS 器件的主要特性参数和选用注意事项，同时给出了 TVS 在电路设计中的应用方法。1 TVS 器件的特性及主要参数1.1 TVS 的器件特性在规定的反向应用条件下，TVS 对受保护的线路呈高阻抗状态。当瞬间电压超过其击穿电压时，TVS 就会提供一个低阻抗的路径，并通 过大电流方式使流向被保护元器件的瞬间电流分
2、流到 TVS 二极管 ，同 时将受保护元器件两端的电压限制在 TVS 的箝制电压。当过压条件消失后，TVS 又恢复到高阻抗状 态。与 陶瓷 电容 相比，TVS 可以承受 15 kV 的电压，但陶瓷 电容对高压的承受能力比较弱。5 kV 的冲击就会造成约 10陶瓷电容失效，而到 10 kV 时，其 损坏率将高达到 60。1.2 TVS 器件的主要参数(1)最小 击 穿电压 VBR当 TVS 流过规定的电流 时，TVS 两端的电压称为最小 击穿电压，在此区域，TVS 呈低阻抗的通路。在 25时，低于这个电压，TVS 是不会发生雪崩击穿的。(2)额定反向关断 电压 VWMVWM 是 TVS 在正常状
3、态时 可承受的电压，此电压应 大于或等于被保护电路的正常工作电压。但它又需要尽量与被保护电路的正常工作电压接近，这样才不会在 TVS 工作以前使整个电路面对过压威胁。按 TVS 的 VBR 与标准值的离散度，可把 VBR 分为 5和 10两种，对于 5的 VBR 来说，VWM=0.85VBR 腿；而对于 10的 VBR 来说，VWM=0.81VBR。(3)最大峰 值脉冲电流 IPPIPP 是 TVS 在反向状态工作时，在规定的脉冲条件下，器件允许通过的最大脉冲峰值电流。(4)箝位电压 Vc当脉冲峰值电流 Ipp 流过 TVS 时，其两端出现的最大电压值称为箝位电压 Vc。Vc 和Ipp 反映了
4、 TVS 的浪涌抑制能力。通常把 Vc 与 VBR 之比称为箝位因子(系数)，其值一般在 1.2 1.4 之 间。实际使用 时，应使 Vc 不大于被保护电路的最大允许安全电压，否则被保护器件将面临被损坏的可能。(5)最大峰 值脉冲功耗 PMPM 通常是最大峰值脉冲电流 Ipp 与箝位电压 Vc 的乘积，也就是最大峰值脉冲功耗。它是 TVS 能承受的最大峰值 脉冲功耗值。在给定的最大钳位电压下，功耗 PM 越大，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、脉冲持续时间和环境温度有关。而且，TVS 所能承受的瞬 态脉冲是不可重复施加的。(6)电容量 CTVS 的电容是由其硅片的截面
5、积和偏置电压来决定的，它是在 1 MHz 特定 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，电容 C 是数据 接口 电路选用 TVS 的重要参数。(7)漏电流 IRIR 是最大反向工作电压施加到 TVS 上时， TVS 管 的漏电流。当 TVS 用于高阻抗电路时，这个漏电流 IR 一个重要参数。2 选 用 TVS 的注意事项在选用 TVS 时，根据电 路的具体情况，一般应考虑以下几个主要因素：首先，由于双向 TVS 可以在正反两个方向吸收瞬 时大脉冲功率，并把电压箝制到预定水平。因此，若电路有可能承受来自两个方向的浪涌电压冲击时，应当选用双向 TV
6、S。双向 TVS 一般适用于交流电路， 单向 TVS 一般用于直流电 路。另外，箝位电压 Vc 不大于被保护电路的最大允许安全电压。其次，就是最大峰值脉冲功耗 PM 必须大于电路中出现的最大瞬态浪涌功率。但是，在实际应用过程中，浪涌有可能重复地出现，在这种情况下，即使单个的脉冲能量比 TVS器件可承受的脉冲能量要小得多，但是，如果重复施加，这些单个的脉冲能量积累起来，也可能在某些情况下超过 TVS 器件所能承受的脉冲能量。因此，在电路设计时，必须在这点上认真考虑并选用合适的 TVS 器件，以使其在规定的间隔时间内，重复施加脉冲能量的累积不至于超过 TVS 器件的脉冲能量 额定值。第三，在实际应
7、用过程中，对最大反向工作电压必须有正确的选取，一般原则是以交流电压的 1.4 倍来 选取 TVS 管的最大反向工作电压。直流电压则按 1.11.2 倍来选取 TVS管的 最高反向工作电压。3 TVS 在电 路设计中的典型 应用在实际的应用电路中，处理瞬时脉冲对器件损害的最好办法，就是将瞬时电流从敏感器件引开。为达到这一目的，将 TVS 在 线路板 上与被保护线路并联。这样，当瞬时电压超过电路正常工作电压后，TNS 将发生雪崩击穿，从而提供给瞬时电流一个超低阻抗的通路，其结果是瞬时电流通过 TVS 被引开，从而避开被保护器件，并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。在此之后，当瞬时
8、脉冲结束以后，TVS 二极管再自动恢复至高阻状态，整个回路进入正常电压状态。以下是 TVS 在电路应用中的几个典型实例。3.1 TVS 在交流 电路中的 应用图 1 所示是一个双向 TVS 在交流电路中的应用电路。应用 TVS 可以有效地抑制电网带来的过载脉冲，从而起到保护 整流桥 及负载中所有元器件的作用。图 1 中的 TVS 箝位电压应不大于电路的最大允许电压。3.2 用 TVS 保护 直流稳压 电源图 2 是一个直流 稳压电源 ，在其稳压输出端加上 TVS，可以保护使用该 电源 的 仪器 设备，同时还可以吸收电路中 晶体管 的集电极到发射极间的峰值电压，从而保护晶体管。建议在每个稳压源的
9、输出端增加一个 TVS 管，这样可以大幅度地提高整机的可靠性。3.3 用 TVS 保护晶体管电路各种瞬变电压能使晶体管的 EB 结或 CE 结击穿而损坏，特别是晶体管集电极有感性( 线圈 、 变压器 、电动机) 负载时，通常会产生高压反电势，因而可能使晶体管损坏。在实际应用中，建议采用 TVS 作 为保护器件。图 3 所示为 TVS 保护晶体管的四种电路实例。3.4 集成电 路 的保护由于现代 IC 的集成度越来越高，而其耐 压则越来越低，因而很容易受到瞬 变电压的冲击而损坏，故须采取保护措施。通常在 C MOS 电路的输入端及输出端都有保护网路，为了可靠起见，在各整机对外接口处也增加了各种保
10、护网络。图 4 给出了用 TVS 对 TTL 及CMOS 器件进行保护的有关电路措施。3.5 用 TVS 保护集成运放集成运放对外界电应力非常敏感。因此，在使用运放的过程中，如果因操作失误或采取了不正常的工作条件，往往会出现过大的电压或电流，特别是浪涌和静电脉冲，从而很容易使运放受损或失效。图 5 所示是用 TVS 在运放差模输入端防止过压损伤的保护电路。4 结 束语本文主要讲述了 TVS 器件的特性和主要参数，以及 选用器件时的注意事项，同时给出了器件在电路设计中的典型应用电路，以便加深电路设计人员对 TVS 的认识，为设计出高可靠性的应用电路提供基础。虽然目前的 TVS 在国内的应用正处于推广阶段，但我们有理由相信，随着越来越多的设计者对 TVS 的认识不断加深以及 TVS 所表现出来的优异性能，TVS 器件最终将获得极为广泛的 应用。
