TVS管性能及选型总结

TVS管性能及选型总结一．TVS管概述TVS（TransientVoltageSuppressor）瞬态电压抑制器。当两极受到反向瞬态高能量冲击时，能以10的负12次方秒量级的速度，将两极间的高阻抗变为低阻抗，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件。在浪涌电压作用下，TVS两极间的电压由额定反向关断电压VWM上升到击穿电压VBR，而被击穿，随着击穿电流的出现，流过TVS的电流将达到峰值脉冲电流IPP，同时在其两端的电压被钳位到预定的最大钳位电压VC以下，其后，随着脉冲电流按指数衰减，TVS两极间的电压也不断下降，最后恢复到初态；TVS管有单向与双向之分，单向TVS管的特性与稳压二极管相似，双向TVS管的特性相当于两个稳压二极管反向串联。二．其主要特性参数：1、反向截止电压VRWM与反向漏电流IR：反向截止电压VRWM表示TVS管不导通的最高电压，在这个电压下只有很小的反向漏电流IR。2、击穿电压VBR：TVS管通过规定的测试电流时的电压，这是表示TVS管导通的标志电压。3、脉冲峰值电流IPP：TVS管允许通过的10/1000μs波的最大峰值电流（8/20μs波的峰值电流约为其5倍左右），超过这个电流值就可能造成永久性损坏。在同一个系列中，击穿电压越高的管子允许通过的峰值电流越小，一般是几A～几十A。4、最大箝位电压VC：TVS管流过脉冲峰值电流IPP时两端所呈现的电压。5、脉冲峰值功率Pm：脉冲峰值功率Pm是指10/1000μs波的脉冲峰值电流IPP与最大箝位电压VC的乘积，即Pm=IPP*VC；在给定的最大钳位电压下，功耗PM越大，其浪涌电流承受能力越大，在给定的功耗PM下，钳位电压越低，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，持续时间和环境温度有关：典型的脉冲波形持续时间为1ms，当施加到二极管上的脉冲波形持续时间小于TP，则随着TP的减小脉冲峰值功率增加；TVS所能承受的瞬态脉冲式不重复的，如果电路内出现重复性脉冲，应考虑脉冲功率的累积可能损坏TVS。6、稳态功率P0：TVS管也可以作稳压二极管用，这时要使用稳态功率。7、极间电容Cj：与压敏电阻一样，TVS管的极间电容Cj也较大，且单向的比双向的大，功率越大的电容也越大，极间电容会影响TVS的响应时间。8、峰值电流波形：A、正弦半波B、矩形波C、标准波（指数波形）D、三角波TVS峰值电流的试验波形采用标准波（指数波形），由TR/TP决定。峰值电流上升时间TR:电流从0.1IPP开始达到0.9IPP的时间。半峰值电流时间TP：电流从零开始通过最大峰值后，下降到0.5IPP值的时间。下面列出典型试验波形的TR/TP值：EMP波：10ns/1000ns闪电波：8μs/20μs标准波：10μs/1000μs三．优点及缺点优点：响应速度快（为ns级）、瞬态功率大、漏电流低；其10/1000μs波脉冲功率从400W～30KW，脉冲峰值电流从0、52A～544A；击穿电压有从6、8V～550V的系列值，便于各种不同电压的电路使用。缺点：耐浪涌冲击能力较放电管和压敏电阻差；稳压二极管：反应较慢；一般用于电压精度要求高的地方（一般较小），防浪涌，击穿电压精准，各压值档都有；齐纳击穿；压敏电阻：与稳压二极管相似，但不可恢复；四．选型依据及注意事项：1、TVS的最大反向钳位电压VC应小于被保护电路的损坏电压；2、TVS的额定反向关断电压VWM要大于或等于被保护电路的最大工作电压，若选用的VWM太低，器件可能进入雪崩或因反向漏电流太大影响电路的正常工作；3、交流电压只能用双向TVS；4、在规定的脉冲持续时间内，TVS的最大峰值脉冲功率PM必须大于被保护电路可能出现的峰值脉冲功率，在确定了最大钳位电压后，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流；5、结电容是影响TVS在高速线路中使用的关键因素，在这种情况下，一般用一个TVS管和一个快恢复二极管以背对背的方式连接，由于快恢复二极管有较小的结电容，因而二者串联的等小电容也较小，可以满足高频使用的要求；6、需要考虑降额使用的应用；应用场合：功率开关电路；整流二极管（与之同向）；电源变压器；防直流电源反接或电源通断时产生的瞬时脉冲；抑制电机，断电器线圈，螺线管等感性负载产生的瞬时脉冲电压；控制系统的输入输出端；使用注意事项：1、对瞬变电压的吸收功率峰值与瞬变电压脉冲宽度间的关系，手册给的只是特定脉宽下的吸收功率峰值，实际线路中的脉冲宽度则变化莫测，事前要有估计，对宽脉冲应降额使用；2、对小电流负载的保护，可有意识地在电路中增加限流电阻，只要限流电阻的阻值合适，不会影响线路的正常工作，但限流电阻对干扰所产生的电流却会大大减小，这就有可能选用峰值功率较小的TVS管来对小电流负载电路进行保护；3、对重复出现的瞬变电压的抑制，要注意TVS管的稳态平均功率是否在安全范围之内；4、环境温度升高时要降额使用，TVS管的引线长短，它与被保护线路的相对距离；五．应用举例直流电路中选用举例：整机直流工作电压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，则击穿电压为V（BR）=VRWM/0.85=15.3V；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；3、再从箝位电压VC和最在峰值电流IP计算出方波脉冲峰值功率：PPR=VC×IP=20×50=1000W4、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交流电路选用举例：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。TVS保护直流稳压电源实例：图中是一个直流稳压电源，并有扩大电流输出的晶体管，在其稳压输出端加上瞬变电压抑制二极管，可以保护使用该电源的仪器设备，同时还可以吸收电路中的集电极到发射极间的峰值电压，保护晶体管，建议在每个稳压电源输出端加一个TVS管，可以大幅度提高整机应用的可靠性；还有用TVS保护晶体管，集成电路，可控硅，功率MOS管（在栅源之间加上瞬变电压抑制二极管，可防止栅极击穿），继电器等；继电器的触点往往用大电流去开关电动机等大电流电感负载，而电感在开关时有很高的反电势，而且有较大的能量，往往把触点烧坏或击穿产生电弧等，必须对触点采取保护，抑制电弧的产生，以保护继电器。但是这种电弧产生的浪涌电流很大，过去采用电容或者用电容串联电阻、二极管、二极管串联电阻等抑制方案，现在采用瞬变电压抑制二极管方案效果更好。公司产品应用实例：CPU200系列中应用肖特基势垒二极管BAT54：正向导通电流小mA级，反向电压耐压25V，反向漏电流2uA，结电容10pF（1.0MHz，反向电压1V情况下），环境温度越高，正向导通电流越小，反向漏电流越大；用在各个芯片的电源引脚和外部供电电源之间，或者两个转换电源信号如VCC33V和VCCCARD之间；瞬态电压抑制二极管：1、MMBZ5V6ALT（两个单向的二极管并联，不是双向二极管）：VWM=3V，VBR=5.6V，VC=8V，IPP=3A，24W的峰值功率，用于保护三极管的BE极；2、SM15T6V8A：脉冲峰值功率1500W，VRM=5.8V，VBR=6.8V，VC=10.5V，IPP=143A，用于保护接插件相连的器件；3、P6SMB200AT3：VWM=171V，VBR=200V，VC=274V，IPP=2.2A，600W的脉冲峰值功率，用于继电器输出类型的电源变压器的一次绕组；