瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS在設(shè)計(jì)中的選型

概述瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS(Transient Voltage Suppressor)，是一種具有雙向穩(wěn)壓特性和雙向負(fù)阻特性的過(guò)壓保護(hù)器件，類似于壓敏電阻器。它應(yīng)用于各種交流及直流電源電路中，用來(lái)抑制瞬間過(guò)電壓。當(dāng)被保護(hù)電路瞬間出現(xiàn)浪涌脈沖電壓時(shí)，雙向擊穿二極管能迅速齊納擊穿，由高阻狀態(tài)變?yōu)榈妥锠顟B(tài)，對(duì)浪涌電壓進(jìn)行分流和箝位，從而保護(hù)電路中各元件不被瞬間浪涌脈沖電壓損壞。

響應(yīng)速度特別快(為ps級(jí));耐浪涌沖擊能力較放電管和壓敏電阻差，其10/1000μs波脈沖功率從 400W～30KW，脈沖峰值電流從0.52A～544A;擊穿電壓有從6.8V～550V的系列值，便于各種不同電壓的電路使用。它的封裝形式有軸向引線型與貼片型兩大類。貼片型有：SMAJ(400W)、SMBJ(600W)、SMCJ(1.5kW)、SMDJ(3kW)系列，軸向引線型有：P4KE (400W)、SA(500W)、P6KE(600W)、1.5KE(1.5kW)、3KP(3kW)、5KP(5kW)、15KPA(15kW)、 20KPA(20kW)、30KPA(30kW)系列和低電容的SAC(500W，50 pF)、LCE(1.5kW，100pF)系列。此外，還有BZW04(400W)系列玻璃鈍化結(jié)TVS管。

一、最大反向漏電流IR(Reverse Leakage Current)和額定反向關(guān)斷電壓VR=VRWM(Stand-off Voltage)：VR是TVS的最大直流工作電壓，當(dāng)TVS兩極的電壓小于VR時(shí)，TVS處于關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)流過(guò)的最大反向漏電流為IR;

二、最小擊穿電壓VBR(Breakdown Voltage)和測(cè)試電流IT：VBR是TVS的最小雪崩電壓，當(dāng)反向電壓達(dá)到VBR時(shí)，TVS已變成低阻通路。通常，規(guī)定當(dāng)TVS流過(guò)1 mA(IT=1 mA)電流時(shí)，其兩極間的電壓即為最小擊穿電壓;

三、最大鉗位電壓VC(Clamping Voltage)和最大峰值脈沖電流IPP(Peak Pulse Current)：最大峰值脈沖電流IPP流過(guò)TVS時(shí)的最大峰值電壓稱為最大鉗位電壓VC，VC和IPP反映了TVS器件的浪涌抑制能力。

VC和VBR之比稱為鉗位因子，一般為1.3左右。鉗位因子越小，抑制瞬態(tài)電壓的效果越好。TVS的鉗位因子比金屬氧化物壓敏電阻的鉗位因子低很多。因此說(shuō)TVS要優(yōu)于金屬氧化物壓敏電阻;

四、電容C：電容C是由TVS雪崩結(jié)截面決定的，是在特定的1 MHz頻率下測(cè)得的。C的大小與TVS的電流承受能力成正比，C過(guò)大將使信號(hào)衰減。因此，C是數(shù)據(jù)接口電路選用TVS的重要參數(shù);

五、最大峰值脈沖功耗PPPM(Peak Pulse Power)：最大峰值脈沖功耗是TVS能承受的最大脈沖峰值耗散，一般而言PPPM=VC×IPP。

在給定的最大鉗位電壓下，功耗PPPM越大，其浪涌電流的承受能力越大;在給定的功耗PPPM下，鉗位電壓VC越低，其浪涌電流的承受能力越大。另外，峰值脈沖功耗還與脈沖波形、持續(xù)時(shí)間和環(huán)境溫度有關(guān);

六、鉗位響應(yīng)時(shí)間TC：TC是指二極管從關(guān)斷狀態(tài)到最小擊穿電壓VBR的時(shí)間，對(duì)單極TVS器件TC小于1×10-12s，對(duì)雙極TVS器件，TC一般小于10ns。

TVS二極管是一種齊納二極管，主要用于靜電保護(hù)，用于吸收來(lái)自外部接口和端子的靜電和短脈沖電壓。其工作原理是對(duì)于受到保護(hù)狀態(tài)時(shí)對(duì)電路呈現(xiàn)的是高阻抗?fàn)顟B(tài)，而當(dāng)瞬間電壓超過(guò)其擊穿電壓時(shí)，TVS二極管就會(huì)呈現(xiàn)出低阻抗的路徑。并通過(guò)大電流方式使流向被保護(hù)元器件的瞬間電流分流到TVS二極管，同時(shí)將受保護(hù)元器件兩端的電壓限制在TVS二極管的箝位電壓。當(dāng)過(guò)壓條件消失后，TVS二極管又恢復(fù)到高阻抗?fàn)顟B(tài)。

TVS可以吸收侵入性的ESD，保護(hù)電子設(shè)備，防止電路故障，TVS的主要參數(shù)如下：

(1)最小擊穿電壓VBR：器件在發(fā)生擊穿的區(qū)域內(nèi)，在規(guī)定的試驗(yàn)電流IBR(一般情況IBR=1mA)下，測(cè)得器件兩端的電壓稱為最小擊穿電壓。

(2)反向斷態(tài)電壓VRWM：TVS二極管最大連續(xù)工作的直流或脈沖電壓，該電壓施加于TVS二極管的兩極間時(shí)，它處于反向關(guān)斷狀態(tài)，流過(guò)它的電流應(yīng)小于或等于其最大反向漏電流IR。

(3)脈沖峰值電流IPP：反向工作時(shí)，在規(guī)定的脈沖波形(如：10/1000μs雙指數(shù)波形)條件下，器件允許通過(guò)的最大浪涌電流。

(4)最大箝位電壓VC：當(dāng)脈沖峰值電流IPP流過(guò)TVS二極管時(shí)，其兩端出現(xiàn)的最大電壓值稱為箝位電壓VC。VC和IPP反映了TVS二極管的浪涌抑制能力。通常把VC與VBR之比稱為箝位因子(系數(shù))，其值一般在1.2～1.4之間。

(5)脈沖峰值功率PPP：脈沖峰值功率PPP是指脈沖峰值電流IPP與最大箝位電壓VC的乘積，即PPP=IPP×VC。它是TVS二極管能承受的最大峰值功率。在給定的最大箝位電壓下，脈沖峰值功率PPP越大，其浪涌電流的承受能力越大。

(6)結(jié)電容CJ：TVS二極管結(jié)電容CJ是由其硅片的雪崩結(jié)截面和偏置電壓來(lái)決定的，是在特定頻率(1MHz)下測(cè)得。CJ的大小與TVS二極管的電流承受能力成正比，CJ太大，將使信號(hào)衰減。因此，電容CJ是數(shù)據(jù)接口電路選用TVS二極管的重要參數(shù)。在高頻信號(hào)線路的保護(hù)中，應(yīng)主要選用低結(jié)電容的TVS管，一般低結(jié)電容的TVS管其結(jié)電容可以做到零點(diǎn)幾到幾p F的數(shù)量級(jí)了。