詳解TVS二極管選型攻略

TVS全稱是Transient Voltage Suppressor(瞬態(tài)電壓抑制器)。當(dāng)TVS兩端經(jīng)受瞬間的高壓時，它能以極高的速度(P秒級)使其迅速降低。在此過程中，TVS會流過一個大電流，并將其兩端的電壓鉗位在一個特定的數(shù)值上，以保護(hù)后面的器件免受高壓沖擊而損壞。

01TVS二極管特性介紹

TVS二極管，也稱雪崩擊穿二極管，是采用半導(dǎo)體工藝制成的單個PN結(jié)或多個PN結(jié)集成的電路保護(hù)器件。TVS管有單向和雙向之分，單向TVS管主要應(yīng)用在直流供電電路。雙向TVS管主要應(yīng)用在電壓交變的電路。

TVS管內(nèi)部芯片為半導(dǎo)體硅材料，體積小，高可靠性，同時響應(yīng)速度快(為PS級)，箝位電壓低、電壓精準(zhǔn)、性能可靠、不易劣化、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因此被應(yīng)用在對保護(hù)器件要求很高的場合之中，如汽車電子、照明、通信、工業(yè)控制等方面。

特性總結(jié)幾點(diǎn)如下：

1.TVS二極管是在穩(wěn)壓管工藝基礎(chǔ)上生產(chǎn)的，內(nèi)部芯片為半導(dǎo)體硅材料，采用半導(dǎo)體工藝制成，可靠性高;

2.TVS二極管體積小、無損壞極限、響應(yīng)速度快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、箝位電壓易控制;

3.TVS二極管電壓精度高，擊穿電壓在百分之五上下的偏差;

4.工作電壓范圍從3.3v-600v，甚至更高;

5.TVS二極管在10/1000us波行下，瞬態(tài)功率可達(dá)200w到3000w，甚至更高;

6.TVS二極管封裝形式多樣化，立深鑫電子TVS二極管管封裝有 SOD-323、SMA、SMB、SMC、DFN1006、SMD等;

02TVS參數(shù)詳解

Ipp---Peak Pulse Current，TVS額定峰值電流，即可以承受的最大脈沖峰值電流，在10/1000uS(上升時間10us，持續(xù)時間1000us)的脈沖峰值電流下測得。

Vr(Vrwm)---Maximum voltage that can be applied to the TVS without operation，反向峰值工作電壓。當(dāng)工作電壓大于Vrwm時，TVS反向漏電流會增大，影響電路正常工作。所以，選擇TVS時，要使Vrwm大于工作電壓。

Vbr(Breakdown Voltage)---Maximum voltage that flows though the TVS at a specified test current (IT)，反向擊穿電壓。TVS管通過規(guī)定的測試電流IT時的電壓。表示TVS管導(dǎo)通的標(biāo)志電壓，即從此點(diǎn)開始，器件進(jìn)入雪崩擊穿。TVS管有一定的離散型，統(tǒng)一型號的管子，VBR會有比較小的差別。

Vc(Clamping Voltage)---Peak voltage measured across the TVS at a specified IPPM (peak impulse current),最大鉗位電壓(殘壓)。當(dāng)持續(xù)時間為10/1000uS(上升時間10us，持續(xù)時間1000us)的脈沖峰值電流IPPM流過TVS時，在其兩端出現(xiàn)的最大峰值電壓為VC。最大鉗位電壓應(yīng)小于被保護(hù)電路的損壞電壓。

Pppm---Peak Pulse Power Dissipation，最大峰值脈沖功率。由脈沖寬度、最大鉗位電壓Vc和最大脈沖電流IPP決定，Pppm=Ipp*Vc。最大峰值脈沖功率越大，TVS所能承受的峰值脈沖電流愈大;另一方面，最大峰值脈沖功率確定以后，TVS能承受的峰值脈沖電流隨著最大箝位電壓VC的降低而增加。

Ir(Id)---Reverse Leakage Current,最大反向漏電流。當(dāng)反向電壓為Vr時，流過TVS的電流。

It---Test Current,測試電流。一般為1mA或10mA。

Vf---Forward Voltage Drop for Uni-directional,正向?qū)妷骸?/p>

Cj---結(jié)電容。在防護(hù)高速信號的時候，需要考慮結(jié)電容的影響。

03與穩(wěn)壓二極管的區(qū)別

1.工作原理：

TVS管(瞬態(tài)電壓抑制二極管)：雪崩效應(yīng)，在高能量的瞬時過壓脈沖時，其工作阻抗能立馬降低到很低的導(dǎo)通值，允許最大電流通過，并將電壓箝制到預(yù)定水平，從而避免電路中的精密元器件免受損壞。

穩(wěn)壓二級管(齊納二極管)：齊納隧道效應(yīng)，當(dāng)反向電壓達(dá)到并超過穩(wěn)定電壓時，反向電流突然增大，而二極管兩端電壓恒定。

因此，TVS管通常情況下不工作不導(dǎo)通(不擊穿)，此時對應(yīng)的漏電流Ir比較小。而穩(wěn)壓管通常處于擊穿狀態(tài)，此時對應(yīng)的反向的擊穿電流相對較大。

2.性質(zhì)：

TVS管可分為單極性和雙極性，穩(wěn)壓二級管只有單向的。

在通流能力上，TVS管一般數(shù)十安培，最多能達(dá)到幾百安，穩(wěn)壓管的通流能力很小。

TVS管用于瞬態(tài)電壓保護(hù)，在穩(wěn)壓精度上是一個范圍，但是有更強(qiáng)的高壓承受能力，穩(wěn)壓管的電壓精度比較精準(zhǔn)，但是穩(wěn)壓范圍比較小。

TVS管響應(yīng)速度很快，可以達(dá)到ps級。

3.主要參數(shù)：

TVS管：Vbr、Vrwm、Vc、Ipp、Pppm。

穩(wěn)壓管：穩(wěn)定電壓(VZ)、穩(wěn)定電流(IE)、動態(tài)電阻(RZ)、最大耗散功率(PZM)、最大/小穩(wěn)定工作電流(IZmax/IZmin)、溫度系數(shù)(AT)。

4.運(yùn)用場景:

TVS管用于在短時間內(nèi)吸收輸入的瞬時過電壓，并對輸出電壓進(jìn)行有效鉗位，待到瞬時脈沖結(jié)束后，TVS管又恢復(fù)到高阻狀態(tài)，即不導(dǎo)通狀態(tài)。

穩(wěn)壓管用于將輸入電壓嵌入到一個恒定電壓，溫壓管處于持續(xù)的反相導(dǎo)通狀態(tài)。

5.防護(hù)目的：

TVS管的鉗位：保護(hù)后級芯片不遭受過電壓損壞。

穩(wěn)壓管的鉗位：給后級芯片提供穩(wěn)定的電壓。

04與ESD靜電保護(hù)管的區(qū)別

ESD靜電保護(hù)管與TVS管的工作原理相同，ESD管是由多個TVS管采用不同的布局設(shè)計成具有特定功能的單路或者多路保護(hù)器件。

1.應(yīng)用電路:

ESD二極管一般用在關(guān)鍵數(shù)據(jù)接口(HDMIUSBETH總線等)上做靜電保護(hù)，結(jié)電容比較低;

TVS管具有快速的響應(yīng)能力與強(qiáng)大的浪涌吸收能力，多用于電源線上做防浪涌電壓保護(hù)，結(jié)電容比較高。

2.引腳數(shù)量：

ESD管一般需要三個引腳(一個GPIO，一個電源+，一個電源-)。

TVS管與普通二極管引腳一樣。

3.關(guān)鍵參數(shù)：

ESD管看的是ESD保護(hù)管抗靜電等級LEVEL，TVS管看的是功率與封裝形式

選型總結(jié)

最高工作電壓：TVS二極管的截止電壓要大于被保護(hù)電路的最高工作電壓，同時還要綜合考慮被保護(hù)電路的工作電壓及后續(xù)電路的承受能力;

箝位電壓：TVS二極管箝位電壓要小于后級被保護(hù)電路最大可承受的瞬態(tài)安全電壓，大多數(shù)tvs管的箝位電壓與擊穿電壓及峰值脈沖電流都成正比。對于同一功率等級的TVS管，其擊穿電壓越高箝位電壓也就越高;

TVS二極管功率選型：TVS管額定瞬態(tài)功率要大于電路中可能會出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌功率;

漏電流：在低功耗電路或高精度采集電路中，尤其要過關(guān)注漏電流情況。

結(jié)電容：對于同功率的TVS二極管管，其電壓越低，電容值就越大，在一些通信線路中，要注意TVS二極管的結(jié)電容，不能影響電路正常工作。

封裝形式：TVS二極管封裝體積越小，功率也就小,具體還需要電子工程師根據(jù)電路設(shè)計、測試要求選擇合適封裝的TVS二極管。

審核編輯：湯梓紅