瞬态电压抑制二极管TVS在设计中的选型

概述瞬态电压抑制二极管TVS(Transient Voltage Suppressor)，是一种具有双向稳压特性和双向负阻特性的过压保护器件，类似于压敏电阻器。它应用于各种交流及直流电源电路中，用来抑制瞬间过电压。当被保护电路瞬间出现浪涌脉冲电压时，双向击穿二极管能迅速齐纳击穿，由高阻状态变为低阻状态，对浪涌电压进行分流和箝位，从而保护电路中各元件不被瞬间浪涌脉冲电压损坏。

响应速度特别快(为ps级);耐浪涌冲击能力较放电管和压敏电阻差，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。它的封装形式有轴向引线型与贴片型两大类。贴片型有：SMAJ(400W)、SMBJ(600W)、SMCJ(1.5kW)、SMDJ(3kW)系列，轴向引线型有：P4KE (400W)、SA(500W)、P6KE(600W)、1.5KE(1.5kW)、3KP(3kW)、5KP(5kW)、15KPA(15kW)、 20KPA(20kW)、30KPA(30kW)系列和低电容的SAC(500W，50 pF)、LCE(1.5kW，100pF)系列。此外，还有BZW04(400W)系列玻璃钝化结TVS管。

一、最大反向漏电流IR(Reverse Leakage Current)和额定反向关断电压VR=VRWM(Stand-off Voltage)：VR是TVS的最大直流工作电压，当TVS两极的电压小于VR时，TVS处于关断状态，此时流过的最大反向漏电流为IR;

二、最小击穿电压VBR(Breakdown Voltage)和测试电流IT：VBR是TVS的最小雪崩电压，当反向电压达到VBR时，TVS已变成低阻通路。通常，规定当TVS流过1 mA(IT=1 mA)电流时，其两极间的电压即为最小击穿电压;

三、最大钳位电压VC(Clamping Voltage)和最大峰值脉冲电流IPP(Peak Pulse Current)：最大峰值脉冲电流IPP流过TVS时的最大峰值电压称为最大钳位电压VC，VC和IPP反映了TVS器件的浪涌抑制能力。

VC和VBR之比称为钳位因子，一般为1.3左右。钳位因子越小，抑制瞬态电压的效果越好。TVS的钳位因子比金属氧化物压敏电阻的钳位因子低很多。因此说TVS要优于金属氧化物压敏电阻;

四、电容C：电容C是由TVS雪崩结截面决定的，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;

五、最大峰值脉冲功耗PPPM(Peak Pulse Power)：最大峰值脉冲功耗是TVS能承受的最大脉冲峰值耗散，一般而言PPPM=VC×IPP。

在给定的最大钳位电压下，功耗PPPM越大，其浪涌电流的承受能力越大;在给定的功耗PPPM下，钳位电压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;

六、钳位响应时间TC：TC是指二极管从关断状态到最小击穿电压VBR的时间，对单极TVS器件TC小于1×10-12s，对双极TVS器件，TC一般小于10ns。

TVS二极管是一种齐纳二极管，主要用于静电保护，用于吸收来自外部接口和端子的静电和短脉冲电压。其工作原理是对于受到保护状态时对电路呈现的是高阻抗状态，而当瞬间电压超过其击穿电压时，TVS二极管就会呈现出低阻抗的路径。并通过大电流方式使流向被保护元器件的瞬间电流分流到TVS二极管，同时将受保护元器件两端的电压限制在TVS二极管的箝位电压。当过压条件消失后，TVS二极管又恢复到高阻抗状态。

TVS可以吸收侵入性的ESD，保护电子设备，防止电路故障，TVS的主要参数如下：

(1)最小击穿电压VBR：器件在发生击穿的区域内，在规定的试验电流IBR(一般情况IBR=1mA)下，测得器件两端的电压称为最小击穿电压。

(2)反向断态电压VRWM：TVS二极管最大连续工作的直流或脉冲电压，该电压施加于TVS二极管的两极间时，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IR。

(3)脉冲峰值电流IPP：反向工作时，在规定的脉冲波形(如：10/1000μs双指数波形)条件下，器件允许通过的最大浪涌电流。

(4)最大箝位电压VC：当脉冲峰值电流IPP流过TVS二极管时，其两端出现的最大电压值称为箝位电压VC。VC和IPP反映了TVS二极管的浪涌抑制能力。通常把VC与VBR之比称为箝位因子(系数)，其值一般在1.2～1.4之间。

(5)脉冲峰值功率PPP：脉冲峰值功率PPP是指脉冲峰值电流IPP与最大箝位电压VC的乘积，即PPP=IPP×VC。它是TVS二极管能承受的最大峰值功率。在给定的最大箝位电压下，脉冲峰值功率PPP越大，其浪涌电流的承受能力越大。

(6)结电容CJ：TVS二极管结电容CJ是由其硅片的雪崩结截面和偏置电压来决定的，是在特定频率(1MHz)下测得。CJ的大小与TVS二极管的电流承受能力成正比，CJ太大，将使信号衰减。因此，电容CJ是数据接口电路选用TVS二极管的重要参数。在高频信号线路的保护中，应主要选用低结电容的TVS管，一般低结电容的TVS管其结电容可以做到零点几到几p F的数量级了。