TVS二極管的工作原理與選型指南

TVS怎么選?

選型不懂怎么辦?

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一、TVS工作原理

TVS(Transient Voltage Suppressors)，即瞬態(tài)電壓抑制器，又稱雪崩擊穿二極管。它是采用半導體工藝制成的單個 PN 結(jié)或多個 PN 結(jié)集成的器件。TVS 有單向與雙向之分，單向 TVS 一般應用于直流供電電路，雙向 TVS 應用于電壓交變的電路。應用于直流電路時單向 TVS 反向并聯(lián)于電路中，當電路正常工作時，TVS 處于截止狀態(tài)(高阻態(tài))，不影響電路正常工作。當電路出現(xiàn)異常過電壓并達到TVS(雪崩)擊穿電壓時，TVS 迅速由高電阻狀態(tài)突變?yōu)榈碗娮锠顟B(tài)，泄放由異常過電壓導致的瞬時過電流到地，同時把異常過電壓鉗制在較低的水平，從而保護后級電路免遭異常過電壓的損壞。當異常過電壓消失后，TVS 阻值又恢復為高阻態(tài)。

二、TVS選型過程

選擇TVS之前，我們首先要明白選擇的終極目標：

1.電壓合適能保護后級電路;

2.引入的TVS的結(jié)電容不能影響電路;

3.TVS功率余量充足，滿足測試標準，且不能比保險管先掛。選型的過程可以按照以下的步驟進行：

(1) 選擇TVS最高工作電壓Vrmw;

(2) 選擇TVS鉗位電壓VC;

(3) 選擇TVS的功率;

(4) 評估漏電流IR的影響;

(5) 評估結(jié)電容的影響;

選擇TVS最高工作電壓Vrmw;

在電路正常工作情況下，TVS 應該是不工作的，即處于截止狀態(tài)，所以 TVS 的截止電壓應大于被保護電路的最高工作電壓。這樣才能保證 TVS 在電路正常工作下不會影響電路工作。但是 TVS 的工作電壓高低也決定了 TVS 鉗位電壓的高低，在截止電壓大于線路正常工作電壓的情況下，TVS 工作電壓也不能選取的過高，如果太高，鉗位電壓也會較高，所以在選擇 Vrwm 時，要綜合考慮被保護電路的工作電壓及后級電路的承受能力。要求Vrwm要大于工作電壓，否則工作電壓大于Vrwm會導致TVS反向漏電流增大，接近導通，或者雪崩擊穿，影響正常電路工作。綜合考慮，Vrwm可以參考以下的公式：

Vrwm≈1.1~1.2*VCC ;--------其中VCC為電路的最高工作電壓。

B、選擇選擇TVS鉗位電壓VC;

TVS 鉗位電壓應小于后級被保護電路最大可承受的瞬態(tài)安全電壓，VC 與 TVS 的雪崩擊穿電壓及 IPP 都成正比。對于同一功率等級的 TVS，其擊穿電壓越高 VC 也越高，所選TVS的最大箝位電壓Vc不能大于被防護電路可以承受的最大電壓。否則，當TVS鉗在Vc時會對電路造成損壞。Vc可以參考以下的公式：

VC

選擇TVS的功率Pppm(或者Ipp);

TVS 產(chǎn)品的額定瞬態(tài)功率應大于電路中可能出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌功率，理論上，TVS的功率越大越好，能夠承受更多的沖擊能量和次數(shù)，但是功率越高，TVS的封裝越大，價錢也越高，所以，TVS的功率滿足要求即可。對于不同功率等級的 TVS，相同電壓規(guī)格的 TVS 其 VC 值是一樣的，只是 IPP 不同。故 Pppm 與 Ippm成正比，Ippm 越大，Pppm 也越大。對于某一電路 ，有對應的測試要求，設(shè)實際電路中的最大測試電流為 Iactual ，則 Iactual 可估算為：

Iactual=Uactual/Ri;---------其中 Uactual 為測試電壓，Ri為測試內(nèi)阻。

TVS 要通過測試，故實際電路中要求 10/1000μs 波形下 TVS 的最小功率 Pactual 為：-------其中di/dt為波形轉(zhuǎn)換系數(shù)，如實際測試波形為其他波形，如 8/20μs波形，建議di/dt取，如測試波形為 10/1000μs，取，實際選型中，TVS 應留有一定的裕量，TVS 的功率Pppm 選擇應遵循Pppm>Pactual。

D、根據(jù)所選的TVS的結(jié)電容和漏電流評估影響

如果TVS 用在高速IO端口防護、模擬信號采樣、低功耗設(shè)備場合，就需要考慮結(jié)電容和漏電流的影響，兩則的參數(shù)越小越好。

三、TVS選型距離

數(shù)據(jù)都是無趣的，我們以實際的案例舉例。電路的正常工作電壓VCC是24V，最高工作電壓Vmax是26V,后級電路可承受的最高瞬態(tài)電壓為50V，實驗的測試波形為 8/20μs波形，測試電壓500V，測試電源內(nèi)阻及PPTC的靜態(tài)電阻合計為2Ω。根據(jù)上述信息選擇合適的TVS。

1) 選擇TVS最高工作電壓

Vrmw≈1.1~1.2*VCC=26~28V

2) 選擇選擇TVS鉗位電壓

VC

3) 計算實際測試波形功率：

Pactual=Vc**=50*(500/3)*1/2=4166W

根據(jù)計算結(jié)果，可以選用5.0SMDJ26A這個TVS，由于這個TVS用在電源端口，結(jié)電容和漏電流基本可以忽略不計。

責任編輯:tzh