瞬态电压抑制二极管(TVS)特点及主要参数一、TVS器件的特点瞬态(瞬变)电压抑制二级管简称TVS器件，在规定的反向应用条件下，当承受一个高能量的瞬时过 压脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低的导通值，允许大电流通过，并将电压箝制到预定水平，从而有效 地保护电子线路中的精密元器件免受损坏TVS能承受的瞬时脉冲功率可达上千瓦，其箝位响应时间仅为 1ps (10-12S)TVS允许的正向浪涌电流在T =25°C, T=10ms条件下，可达50〜200A双向TVS可在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率，并把电压箝制到预定水平，双向TVS适用于交流电 路，单向TVS 一般用于直流电路二、TVS器件的电特性1、单向TVS的V-I特性如图1-1所示，单向TVS的正向特性与普通稳压二极管相同，反向击穿拐点近似“直角〃为硬击穿，为典 型的PN结雪崩器件从击穿点到Vc值所对应的曲线段表明，当有瞬时过压脉冲时，器件的电流急骤增加 而反向电压则上升到箝位电压值，并保持在这一水平上2、双向TVS的V-I特性如图1-2所示，双向TVS的V-I特性曲线如同两只单向TVS''背靠背〃组合，其正反两个方向都具有相同 的雪崩击穿特性和箝位特性，正反两面击穿电压的对称关系为：0.9SV(BR)(正)/V(BR)(反)S1.1, —旦 加在它两端的干扰电压超过箝位电压Vc就会立刻被抑制掉，双向TVS在交流回路应用十分方便。
三、TVS器件的主要电参数】、击穿电压V(BR)器件在发生击穿的区域内，在规定的试验电流I(Br)下，测得器件两端的电压称为击穿电压，在此区域内, 二极管成为低阻抗的通路2、最大反向脉冲峰值电流Ipp在反向工作时，在规定的脉冲条件下，器件允许通过的最大脉冲峰值电流°IpP与最大箝位电压Vc（max）的乘 积，就是瞬态脉冲功率的最大值图1-3表明当瞬时脉冲峰值电流出现时，TVS被击穿，并由击穿电压值上升至最大箝位电压值，随着脉冲 电流呈指数下降，箝位电压亦下降，恢复到原来状态因此,TVS能抑制可能出现的脉冲功率的冲击，从 而有效地保护电子线路峰值电流波形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决定其波形如图1-4所示峰值电流上升时间TR:电流从O.lIpp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IFJ hj —下面列出典型试验波形的TR/Tp值：A、EMP波（图 1-5）： 10ns/1000nsB、闪电波:8ps /20ps C、标准波:10ps /1000ps10 2D 3Q 4d JO 轴I一时同一弹虫图1*53、最大反向工作电压Vrwm （或变位电压）器件反向工作时，在规定的IR下，器件两端的电压值称为最大反向工作电压VRWM。
通常VRWM =（0・8~0・9） V（br）在这个电压下，器件的功率消耗很小使用时，应使Vrwm不低于被保护器件或线路的正常工作 电压4、最大箝位电压Vc（）（max ）在脉冲峰值电流Ipp作用下器件两端的最大电压值称为最大箝位电压使用时，应使Vc（max）不高于被保 护器件的最大允许安全电压最大箝位电压与击穿电压之比称为箝为系数n卜图脉沖峰值功率与脉冲时问的关系即：箝位系数=VCgax）/V（br）一般箝位系数为1.3左右最大箝位电压VC（max ）的测试方法见4.45、反向脉冲峰值功率PpRTVS的PpR取决于脉冲峰值电流Ipp和最大箝位电压Vc（max），除此以外，还和脉冲波形、脉冲时间及环 境温度有关当脉冲时间邛一定时，PpR =叫...水2毗（冋）•IPP 式中©为功率系数，K2为功率的温度系数典型的脉冲持续时间tp为1MS,当施加到瞬态电压抑制二极管上的脉冲时间tp比标准脉冲时间短时,其脉冲峰值功率将随tp的缩短而增加图1-8给出了 PPR与tp的关系曲线TVS的反向脉冲峰值功率 PPR与经受浪涌的脉冲波形有关，用功率系数K1表示，各种浪涌波形的K1值如表1所示20k囂iCKJWI5k^t g JI2kWl一久评融虬j眾w书卷n,创0嚅聂列性b9脉冲峰値功率降额曲线r 波 理KiJ\_ S 一?"r. doJ3--10— 1 - — - ■ ■—疋奩竽価 KiLr」a2. 201KiJivtv_!2. SE)E=Ji( t).V( t)dt式中：i(t)为脉冲电流波形，V(t)为箝位电压波形。
这个额定能量值在极短的时间内对TVS是不可重复施加的但是，在实际的应用中，浪涌通常是重复地出 现，在这种情况下，即使单个的脉冲能量比TVS器件可承受的脉冲能量要小得多，但若重复施加，这些单 个的脉冲能量积累起来，在某些情况下，也会超过TVS器件可承受的脉冲能量因此，电路设计必须在这 点上认真考虑和选用TVS器件，使其在规定的间隔时间内，重复施加脉冲能量的累积不至超过TVS器件 的脉冲能量额定值6、电容CppTVS的电容由硅片的面积和偏置电压来决定，电容在零偏情况下，随偏置电压的增加，该电容值呈下降趋 势电容的大小会影响TVS器件的响应时间7、漏电流IR当最大反向工作电压施加到TVS上时，TVS管有一个漏电流IR,当TVS用于高阻抗电路时，这个漏电流 是一个重要的参数瞬态电压抑制器(TransientVoltage Suppressor)简称TVS,是一种二极管形式的高效能保护器件，有的文献上也为TVP、AJTVS、SAJTVS 等当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的 浪涌功率，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，免受各种浪涌脉冲的损坏。
由于它具有响应时间快、 瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点，目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、 电源、家用电器等各个领域具体有以下三大特点：1、 将TVS二极管加在信号及电源线上，能防止微处理器或单片机因瞬间的肪冲，如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电 源的噪音所导致的失灵2、 静电放电效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲，并能持续10ms；而一般的TTL器件，遇到超过30ms的10V脉冲时， 便会导至损坏利用TVS二极管，可有效吸收会造成器件损坏的脉冲，并能消除由总线之间开关所引起的干扰(Cross talk)3、 将TVS二极管放置在信号线及接地间，能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响一、TVS的特性及主要参数1、 TVS的特性曲线TVS的电路符号与普通稳压二极管相同它的正向特性与普通二极管相同；反向特性为典型的PN结雪崩器件在瞬态峰值脉冲电流作用下，流过TVS的电流，由原来的反向漏电流ID上升到IR时，其两极呈现的电压由额定反向关断电压VWM上 升到击穿电压VBR，TVS被击穿随着峰值脉冲电流的出现，流过TVS的电流达到峰值脉冲电流IPP。
在其两极的电压被箝位到预定的最大 箝位电压以下尔后，随着脉冲电流按指数衰减，TVS两极的电压也不断下降，最后恢复到起始状态这就是TVS抑制可能出现的浪涌脉 冲功率，保护电子元器件的整个过程2、 TVS的特性参数① 最大反向漏电流ID和额定反向关断电压VWMVWM是TVS最大连续工作的直流或脉冲电压，当这个反向电压加入TVS的两极间时， 它处于反向关断状态，流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流ID② 最小击穿电压VBR和击穿电流IRVBR是TVS最小的雪崩电压25°C时，在这个电压之前，TVS是不导通的当TVS流过规定的1mA电流(IR)时，加入TVS两极间的 电压为其最小击穿电压VBR按TVS的VBR与标准值的离散程度，可把TVS分为土5%VBR和平共处±10% VBR两种对于土5%VBR来说， VWM=0.85VBR；对于 ±10% VBR 来说，VWM=0.81 VBR③ 最大箝拉电压VC和最大峰值脉冲电流IPP当持续时间为20微秒的脉冲峰值电流IPP流过TVS时，在其两极间出现的最大峰值电压为VC它是串联电阻上和因温度系数两者电 压上升的组合VC、IPP反映了 TVS器件的浪涌抑制能力。
VC与VBR之比称为箝位因子，一般在1.2~1.4之间④ 电容量C电容量C是TVS雪崩结截面决定的、在特定的1MHZ频率下测得的C的大小与TVS的电流承受能力成正比，C过大将使信号衰减因 此，C是数据接口电路选用TVS的重要参数⑤ 最大峰值脉冲功耗PMPM是TVS能承受的最大峰值脉冲耗散功率其规定的试验脉冲波形和各种TVS的PM值，请查阅有关产品手册在给定的最大箝位电 压下，功耗PM越大，其浪涌电流的承受能力越大；在给定的功耗PM下，箝位电压VC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而且TVS所能承受的瞬态脉冲是不重复的，器件规定的脉冲重复频率（持续时间与间歇时 间之比）为0.01%，如果电路内出现重复性脉冲，应考虑脉冲功率的“累积”，有可能使TVS损坏⑥ 箝位时间TCTC是从零到最小击穿电压VBR的时间对单极性TVS小于1X10-12秒；对双极性TVS小于是1X10-11秒二、 TVS二极管的分类TVS器件可以按极性分为单极性和双极性两种，按用途可分为各种电路都适用的通用型器件和特殊电路适用的专用型器件如：各种 交流电压保护器、4~200mA电流环保器、数据线保护器、同轴电缆保护器、机保护器等。
若按封装及内部结构可分为：轴向引线二极 管、双列直插TVS阵列（适用多线保护）、贴片式、组件式和大功率模块式等三、 TVS的选用技巧1、 确定被保护电路的最大直流或连续工作电压、电路的额定标准电压和“高端”容限2、 TVS额定反向关断VWM应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串行连接分电压，并行连接分电流3、 TVS的最大箝位电压VC应小于被保护电路的损坏电压4、 在规定的脉冲持续时间内，TVS的最大峰值脉冲功耗PM必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率在确定了最大箝 位电压后，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流5、 对于数据接口电路的保护，还必须注意选取具有合适电容C的TVS器件6、 根据用途选用TVS的极性及封装结构交流电路选用双极性TVS较为合理；多线保护选用TVS阵列更为有利7、 温度考虑瞬态电压抑制器可以在一55~+150°C之间工作如果需要TVS在一个变化的温度工作，由于其反向漏电流ID是 随增加而增大；功耗随TVS结温增加而下降，从+25C到+175C，大约线性下降50%雨击穿电压VBR随温度的增加按一定的系数增加。
因 此，必须查阅有关产品资料，考虑温度变化对其特性的影响8、 美国ProTek公司提供的TVS二极管，有下列不同的功率选择：~500W： SA 系列~600W： P6KE、SMBJ 系列~1500W： 1N5629~1N6389、1.5KE、LC、LCE 系列~5000W： 5KP 系列~15000W： 15KAP、15KP 系列四、TVS与压敏电阻的比较目前，国内不少需。