TVS二极管 TVS二极管分类： 电子工程 属性： 技术 ·· TVS二极管TVS二极管是普遍使用的一种新型高效电路保护器件，它具有极快的响应时间（亚纳秒级）和相当高的浪涌吸收能力当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，从而把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击简介 TVS二极管与常见的稳压二极管的工作原理相似，如果高于标志上的击穿电压，TVS二极管就会导通，与稳压二极管相比，TVS二极管有更高的电流导通能力TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，以10^-12S 量级速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，同时吸收高达数千瓦的浪涌功率使两极间的电压箝位于一个安全值，有效地保护电子线路中的精密元器件免受浪涌脉冲的破坏TVS器件的特点 一、 TVS器件的工作原理 瞬态（瞬变）电压抑制二极管简称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℃，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 TVS器件的电特性 1、单向TVS的V-I特性，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，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：0.9≤V(BR)(正) /V（BR）(反) ≤1.1，一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 TVS器件的主要电参数 1. 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 使用时应正确选取TVS，使额定瞬态脉冲功率PPR大于被保护器件或线路可能出现的最大瞬态浪涌功率 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 峰值电流上升时间TR：电流从10%IPP开始达到90%IPP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： A.EMP波：10ns /1000ns B.闪电波：8μs /20μs C.标准波：10μs /1000μs 3. 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 即：箝位系数=Vc(max )/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4.4 5.反向脉冲峰值功率PPR TVS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Tp一定时，PPR =K1...·K2 ·Vc(max ) ·Ipp 式中K1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 E=∫i(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CPP TVS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 8.TVS器件分类： 按极性可分为：单极性和双极性两种； 按用途可分为：通用型和专用型； 按封装和内部结构可分为：轴向引线二极管、双列直插TVS阵列、贴片式和大功率模块等 轴向引线的产品峰值功率可达400W、500W、600W、1500W和5000W 其中大功率的产品主要用在电源馈线上，低功率产品主要用在高密度安装场合。
对于高密度安装的场合，也可以选择双列直插和表面贴装等封装形式 TVS器件的选用 在选用TVS时，应考虑以下几个主要因素： (1)若TVS有可能承受来自两个方向的尖峰脉冲电压(浪涌电压)冲击时，应当选用双极性的，否则可选用单极性 (2)所选用TVS的Vc值应低于被保护元件的最高电压Vc是二极管在截止状态的电压，也就是在ESD冲击状态时通过TVS的电压，它不能大于被保护回路的可承受极限电压，否则器件面临被损坏的危险 (3)TVS在正常工作状态下不要处于击穿状态，最好处于VR以下，应综合考虑VR和VC两方面的要求来选择适当的TVS 稳压管 (4)如果知道比较准确的浪涌电流IPP，则可利用VCIpp来确定功率；如果无法确定IPP的大致范围，则选用功率大些的TVS为好PM是TVS能承受的最大峰值脉冲功率耗散值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 (5)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，不然有可能损坏TVS (6)对于小电流负载的保护，可有意识地路中增加限流电阻，只要限流电阻的阻值适当，一般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但这样可能选用峰值功率较小的TVS管来对小电流负载线路进行保护 (7)电容量C是由TVS雪崩结截面决定的，这是在特定的1 MHz频率下测得的C的大小与TVS的电流承受能力成正比，C太大将使信号衰减因此，C是数据接口电路选用TVS的重要参数对于数据/信号频率越高的回路，二极管的电容对电路的干扰越大，形成噪声或衰减信号强度也大，因此，需要根据回路的特性来决定所选器件的电容范围高频回路一般选择电容应尽量小(如LCTVS、低电容TVS，电容不大于3 pF)，而对电容要求不高的回路，电容的容量选择可高于40pF (8)为了满足IEC61000-4-2国际标准，TVS二极管必须达到可以处理最小8 KV(MB，接触)和15 kV(BM,空气)的ESD冲击，有的半导体生产厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准而对于某些有特殊要求的便携设备应用，设计者可以按需要挑选器件 -全文完-。