瞬态抑制二极管

TVS管保护后端电路的原理其原理像稳压二极管，都是利用反向击穿稳定电压，但TVS管的响应速度要快于稳压管。当TVS管的受到反向瞬态高能量冲击是，它能以极高的速度（亚纳秒级）将两级间的阻抗变为低阻抗，从而具有很好的浪涌功率吸收能力，同时也能使两级之间的电压钳位在一个预定值，有效的保护电路后端元器件。如下是一个5V TVS管的SPEC参数，光看SPEC参数我们可能比较难理解。

 

结合如下的TVS工作特性曲线，我们来了解这些参数。

 

 1、Vrwm：指的是最大反向工作电压，也指关断电压。在最大的反向电流IR下，测试出的电压, 一般Vrwm是（0.8-0.9）*Vbr。关断电压需要大于等于电路正常工作电压，但是不能大太多，和Vbr也有关系，大太多，可能导致TVS不起作用。需要做到电路正常工作时，TVS不触发，在浪涌来时TVS才工作。 

举个例子，TVS用来保护VOUT后端负载，VOUT的电压为3V，那么Vrwm的电压就需要大于或者等于3V，如果Vrwm是2V，那么电路正常工作状态下，TVS就可能已经触发工作，导致耗流增大或者电路故障。如果Vrwm是20V，那么Vbr可能就是25V，那么TVS从3V到25V雪崩效应中间有很大一片空白，所以说Vrwm稍等于电路正常工作电压，但是也不能大太多。 

另外说一句，TVS的关断电压是越低越难做（制作工艺）。

2、Ir@Vrwm：最大反向漏电流。

3、Vbr@It：指的是通过规定的测试电流It时的电压，这是表示TVS管导通的标志电压，即从此点开始TVS进入雪崩击穿。

4、Max Ipp：最大反向峰值脉冲电流。

5、Vc@Max Ipp：指在特定的Ipp电流时，浪涌经过TVS钳位住的电压。最大的钳位电压Vc要小于等于电路中最大的工作电压。 

举个例子，TVS用来保护VOUT及后端负载，VOUT的后端负载有芯片A和芯片B，芯片A的最大工作电压是3V，芯片B的最大工作电压是4V，那么我们选择TVS的Vc就要小于3V，如果Vc是3.5V，这个芯片A有可能会损坏。 

TVS的钳位电压选择2.8V，芯片A和B就不会损坏。一般芯片会有另一个参数Absolute Maximum Rating，叫绝对最大值，芯片在绝对最大值下，可能承受几个微秒时间。极限条件下，TVS的钳位电压可以适当提高到芯片的绝对最大值，因为够低的钳位电压或者关断电压的TVS，意味着更难的工艺和更高的价格。 

6、Ppk(8*20us)：指的是TVS器件上瞬间通过的最大功率值，等于钳位电压Vc和峰值脉冲电流Ipp的乘积，反映了TVS器件的浪涌抑制能力，额定的最大脉冲功率，必须大于电路中出现的最大瞬态浪涌功率。

7、C：指的是极间电容，如果TVS用在高速信号上，需要选择小的电容。

另外补充一点，10/1000us和8/20us为两种不同的浪涌測试波形，两种波形能量不一样。8/20us脉冲指的是8us达到100%Ipp，20us达到50%Ipp。 

选型原则：

①  TVS额定反向关断电压VWM应大于或等于被保护电路的最大工作电压。
②  最小击穿电压VBR=VWM/KBR (其中，KBR=0.8～0.9)。
③  TVS的最大箝位电压VC应小于被保护电路的损坏电压，即VC=KC×VBR (其中，KC=1.3)。
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。

直流电中选用举例:

直流工作电压12V，最大允许安全电压25V（峰值），浪涌源的阻抗50MΩ，其干扰波形为方波，TP=1MS ，最大峰值电流50A。 选择： 

1、先从工作电压12V选取最大反向工作电压VRWM为13V(其实也可以选12V，有时候电路可能会12.5V），就是认为在这个电压下工作可以正常。

     0.85应该是一个经验值，则击穿电压 V(BR) =VRWM /0.85=15.3V，就是这个电压TVS开始动作

2、从击穿电压值选取最大箝位电压Vc(MAX)=1.30×V(BR)=19.89V，取 Vc=20V

这个值，前面也解释过，就是已经击穿了在一定条件下（脉冲时间tr/tp内，承受的最大峰值电流Ipp时，加在器件上的最大电压值）

3、再从箝位电压VC和最在峰值电流IP计算出方波脉冲功率：PPR=VC×IP=20×50=1000W 

4、计算折合为TP=1MS指数波的峰值功率，折合系数K1=1.4，PPR=1000W÷1.4=715W 

从手册中可查到1N6147A其中PPR=1500W，变位电压VRWM=12.2V，击穿电压V(BR)=15.2V，最大箝位电压Vc=22.3V，最大浪涌电流IP=67.3A。可满足上述设计要求，而且留有一倍的余量，不论方波还是指数波都适用。

 

 交流电路应用举例：

直流线路采用单向瞬变电压抑制二极管,交流则必须采用双向瞬变电压抑制二极管。交流是电网电压,这里产生的瞬变电压是随机的,有时还遇到雷击（雷电感应产生的瞬变电压）所以很难定量估算出瞬时脉冲功率PPR。但是对最大反向工作电压必须有正确的选取。一般原则是交流电压乘1.4倍来选取TVS管的最大反向工作电压。 直流电压则按1.1～1.2倍来选取TVS管的最大反向工作电压VRWM。下图给出了一个微机电源采用TVS作线路保护的原理图

1.在进线的220VAC处加TVS管抑制220V交流电网中尖峰干扰。

2. 在变压器进线加上干扰滤波器,滤除小尖峰干扰。

3 .在变压输出端VAC=20V处又加上TVS管,再一次抑制干扰。

4 .到了直流10V输出时还加上TVS管抑制干扰。

下面就图1中的线路保护加以说明。

①  在进线的交流220 V处加双向TVS管D1，以抑制220 V交流电网中的尖峰干扰。双向TVS管D1的

  

选取D1时根据上述参数，通过查表即可得到。

②  在变压器进线处加上抗干扰的电源线滤波器，以消除小尖峰干扰。
③  在变压器输出端交流20 V处加上双向TVS管D2，再一次抑制干扰。双向TVS管D2的

  

选取D2时根据上述参数，通过查表即可得到。
④  整流滤波输出直流10 V时，加上单向TVS管D3抑制干扰。单向TVS管D3的

选取D3时根据上述参数，通过查表即可得到。

通过如上4次抑制，得到了所谓的“净化电源”。为了防雷击等浪涌电压，还可在交流220 V进线端加上压敏电阻器，以便更有效地防止干扰进入计算机的CPU及存储器中，从而进一步提高系统的可靠性。