晶揚(yáng)電子課堂 TVS防護(hù)電路的典型應(yīng)用

瞬態(tài)抑制二極管（TVS），亦稱(chēng)鉗位二極管，是高效電路保護(hù)元件，外形似普通二極管，但能吸收高至數(shù)千瓦浪涌功率。其核心在于反向應(yīng)用時(shí)，遇高能量脈沖，阻抗驟降至極低，快速導(dǎo)通大電流，同時(shí)將電壓鉗至預(yù)設(shè)水平，響應(yīng)時(shí)間僅10-12毫秒，有效守護(hù)電子元件。TVS正向浪涌電流在特定條件下可達(dá)50～200A。雙向TVS雙向保護(hù)，適用于交流電路；單向則多用于直流。廣泛用于防雷、過(guò)電壓防護(hù)、抗干擾及浪涌吸收，是理想保護(hù)器件，其耐受能力以瓦特(W)衡量。

TVS（Transient Voltage Suppression）是一種限壓保護(hù)器件，作用與壓敏電阻很類(lèi)似。也是利用器件的非線性特性將過(guò)電壓鉗位到一個(gè)較低的電壓值實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)。TVS管的主要參數(shù)有：反向擊穿電壓、最大鉗位電壓、瞬間功率、結(jié)電容、響應(yīng)時(shí)間等。

TVS響應(yīng)時(shí)間可達(dá)ps級(jí)，為限壓型浪涌保護(hù)中最快，適用于電子電路過(guò)電壓保護(hù)，響應(yīng)迅速。其結(jié)電容分高、低兩種，高者幾百至幾千pF，低者幾至幾十pF。分立式TVS結(jié)電容多偏高，表貼式則兩者皆有。高頻信號(hào)線路保護(hù)宜選低結(jié)電容TVS。

TVS管非線性?xún)?yōu)于壓敏電阻，鉗位電壓上升慢，殘壓輸出更理想，適合精細(xì)電子電路保護(hù)。其通流容量小，多用于末級(jí)精細(xì)保護(hù)，不適合交流電源保護(hù)，直流防雷需配合大通流器件。TVS管易集成，適合單板應(yīng)用。

TVS可靈活選擇單向或雙向保護(hù)，單向TVS適用于單極性信號(hào)和直流電源，降低殘壓。設(shè)計(jì)時(shí)需關(guān)注反向擊穿電壓和通流容量，直流回路中應(yīng)確保UBR≥(1.3～1.6)Umax，以保護(hù)電路。

TVS二極管常見(jiàn)應(yīng)用

目前已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通訊設(shè)備、交/直流電源、汽車(chē)、電子鎮(zhèn)流器、家用電器、儀器儀表（電度表）、RS232/422/423/485、 I/O、LAN、ISDN 、ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、數(shù)字照相機(jī)的保護(hù)、共模/差模保護(hù)、RF耦合/IC驅(qū)動(dòng)接收保護(hù)、電機(jī)電磁波干擾抑制、聲頻/視頻輸入、傳感器/變速器、工控回路、繼電器、接觸器噪音的抑制等各個(gè)領(lǐng)域。

TVS器件的主要電參數(shù)

（1）擊穿電壓V(BR)

器件在發(fā)生擊穿的區(qū)域內(nèi)，在規(guī)定的試驗(yàn)電流I(BR)下，測(cè)得器件兩端的電壓稱(chēng)為擊穿電壓，在此區(qū)域內(nèi)，二極管成為低阻抗的通路。

（2）最大反向脈沖峰值電流IPP

在反向工作時(shí)，在規(guī)定的脈沖條件下，器件允許通過(guò)的最大脈沖峰值電流。IPP與最大鉗位電壓VC(MAX)的乘積，就是瞬態(tài)脈沖功率的最大值。

使用時(shí)應(yīng)正確選取TVS，使額定瞬態(tài)脈沖功率PPR大于被保護(hù)器件或線路可能出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌功率。

TVS二極管的分類(lèi)

TVS器件分單極性和雙極性，通用型和專(zhuān)用型，如交流電壓保護(hù)器、電流環(huán)保器等。封裝形式多樣，包括軸向引線、TVS陣列、貼片式、組件式及大功率模塊式等。

TVS二極管的特點(diǎn)

（1）將TVS二極管加在信號(hào)及電源線上，能防止微處理器或單片機(jī)因瞬間的肪沖，如靜電放電效應(yīng)、交流電源之浪涌及開(kāi)關(guān)電源的噪音所導(dǎo)致的失靈。

（2）靜電放電效應(yīng)能釋放超過(guò)10000V、60A以上的脈沖，并能持續(xù)10ms；而一般的TTL器件，遇到超過(guò)30ms的10V脈沖時(shí)，便會(huì)導(dǎo)至損壞。利用TVS二極管，可有效吸收會(huì)造成器件損壞的脈沖，并能消除由總線之間開(kāi)關(guān)所引起的干擾（Crosstalk）。

（3）將TVS二極管放置在信號(hào)線及接地間，能避免數(shù)據(jù)及控制總線受到不必要的噪音影響。

TVS的選用技巧

（1）確定被保護(hù)電路的最大直流或連續(xù)工作電壓、電路的額定標(biāo)準(zhǔn)電壓和“高端”容限。

（2）TVS額定反向關(guān)斷VWM應(yīng)大于或等于被保護(hù)電路的最大工作電壓。若選用的VWM太低，器件可能進(jìn)入雪崩或因反向漏電流太大影響電路的正常工作。串行連接分電壓，并行連接分電流。

（3）TVS的最大鉗位電壓VC應(yīng)小于被保護(hù)電路的損壞電壓。

（4）在規(guī)定的脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)，TVS的最大峰值脈沖功耗PM必須大于被保護(hù)電路內(nèi)可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率。在確定了最大鉗位電壓后，其峰值脈沖電流應(yīng)大于瞬態(tài)浪涌電流。

（5）對(duì)于數(shù)據(jù)接口電路的保護(hù)，還必須注意選取具有合適電容C的TVS器件。

（6）根據(jù)用途選用TVS的極性及封裝結(jié)構(gòu)。交流電路選用雙極性TVS較為合理；多線保護(hù)選用TVS陣列更為有利。

（7）TVS工作溫寬－55℃至+150℃。溫度變時(shí)，反向漏電流增，功耗減，擊穿電壓增。需查閱產(chǎn)品資料，考慮溫度對(duì)性能的影響。

TVS二極管選擇要點(diǎn)：

1）VBR（最小擊穿電壓）：25℃下，低于VBR不雪崩。1mA電流時(shí)測(cè)VBR，分5%和10%離散度，影響VWM值。

2）需滿足IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)，至少抗8kV接觸、15kV空氣ESD沖擊，部分產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)更高。

3）VWM（額定反向切斷電壓）應(yīng)≥被保護(hù)電路工作電壓，且接近以避免過(guò)壓。在VWM下，TVS反向切斷，漏電流≤ID（最大反向漏電流）。

4）VC（最大鉗位電壓）與IPP（最大峰值脈沖電流）反映突波抑制能力。VC≤被保護(hù)回路極限電壓，以防元件損傷。鉗位因子VC/VBR約1.2~1.4。

5）Pppm基于最大截止電壓與峰值脈沖電流。手持設(shè)備常用500W TVS。PM越大，突波電流承受力越強(qiáng)；VC越低，同PM下承受力也強(qiáng)?？紤]脈沖波形、時(shí)長(zhǎng)、環(huán)境溫。TVS不耐重復(fù)脈沖，重覆頻率低，重復(fù)脈沖需防累積損壞。

6）C（電容器量）與電流承受力正相關(guān)，大C致信號(hào)衰減。高頻回路選小C（≤3pF），低頻回路可選大C（>40pF），以減干擾。

晶揚(yáng)電子主要產(chǎn)品包括ESD、TVS、LED顯示驅(qū)動(dòng)芯片、MOS管、二三極管、電源管理芯片、通用型及高精度電壓基準(zhǔn)芯片、垂直及平面型&高精度霍爾傳感器IC、高精度OPA、馬達(dá)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC、接口（485等）芯片等模擬IC、數(shù)?；旌螴C等產(chǎn)品；涉及的應(yīng)用領(lǐng)域有：電腦/筆記本、機(jī)頂盒、電視、網(wǎng)絡(luò)通信、手機(jī)、平板、智能穿戴、安防監(jiān)控、家電、工控、新能源汽車(chē)、車(chē)載、TWS、電動(dòng)工具等。

審核編輯 黃宇