TVS管在应用电路中的详细设计及特性

引言

瞬态抑制二极管(Transient Voltage Suppressor, TVS)是一种高效能的电路保护器件，广泛应用于各类电子设备的保护中。TVS管以其快速的响应速度、强大的瞬态浪涌吸收能力、低漏电流以及高可靠性等特点，在防雷击、防过压、防静电、吸收浪涌电流等方面表现出色。本文将从TVS管的基本原理、主要特性、设计选型以及在应用电路中的详细设计等方面进行详细阐述。

TVS管的基本原理

TVS管，又称为钳位型二极管，是在稳压二极管的工艺基础上发展起来的。当TVS管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以皮秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收瞬间大电流，并将两极间的电压钳制在一个预定值，从而有效地保护后端的电子元器件不被损坏。

TVS管的主要特性

1. 响应速度快

TVS管的响应时间可以达到皮秒量级，是限压型浪涌保护器件中最快的。这一特性使得TVS管在应对快速变化的瞬态电压时能够迅速响应，有效保护电路。

2. 瞬态浪涌吸收能力大

TVS管能够吸收高达数千瓦的浪涌功率，其瞬态冲击功率可达200W~30KW甚至更高。这使得TVS管在应对雷电、静电等强瞬态冲击时表现出色。

3. 低漏电流

TVS管在正常工作状态下漏电流极低，不会对电路的正常工作造成影响。这一特性保证了TVS管在保护电路的同时，不会对电路产生额外的负担。

4. 击穿电压偏差小

TVS管的击穿电压偏差小，一般在5%上下，这使得TVS管在选型时更加精确，能够更好地适应不同电路的需求。

5. 箝位电压易控制

TVS管的箝位电压可以通过设计进行精确控制，确保在瞬态电压冲击时，将电压钳制在预定值以下，保护后端电路。

6. 体积小、易安装

TVS管体积小、重量轻，便于在电路中安装和使用。同时，其高可靠性使得TVS管在恶劣环境下也能正常工作。

TVS管的选型与设计

1. 确定电路需求

在选型TVS管之前，首先需要明确电路的需求。包括电路的最大工作电压、可能出现的瞬态浪涌电压、浪涌电流等参数。这些参数将直接影响TVS管的选型。

2. 选择合适的TVS类型

TVS管按极性可分为单极性和双极性两种。双向TVS适用于交流电路，能够在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率;单向TVS则适用于直流电路。根据电路的具体需求选择合适的TVS类型。

3. 确定关键参数

在选型过程中，需要重点关注TVS管的几个关键参数：

反向击穿电压(VBR)：TVS管反向电击穿的电压。在选型时，应确保VBR大于电路可能出现的最大瞬态浪涌电压。

最大钳位电压(VC)：TVS管在反向击穿后，随着电压增加到一定值后保持不变的电压。VC应小于被保护电路的最大允许安全电压。

最大反向脉冲峰值电流(Ippm)：TVS管在钳位状态下允许通过的最大峰值反向电流。在选型时，应确保Ippm大于电路可能出现的最大瞬态浪涌电流。

反向脉冲峰值功率(Pppm)：VC与Ippm的乘积，表示TVS管能承受的最大峰值脉冲功耗。在选型时，应确保Pppm大于电路可能出现的最大瞬态浪涌功率。

电容(CPP)：TVS管的寄生电容参数。在高频电路中，CPP的大小会影响信号的完整性。因此，在高频电路中应选用低CPP的TVS管。

4. 布置与连接

TVS管通常反向并联在电路的电源输入端或信号线上。当电路正常工作时，TVS管处于高阻状态，不影响电路的正常工作;当电路出现异常过电压时，TVS管迅速由高阻状态变为低电阻状态，泄放瞬时过电流到地，并将电压钳制在安全水平之内。

TVS管在应用电路中的详细设计

直流电源保护

在直流电源电路中，TVS管可用于保护电源输出端的负载设备。将TVS管反向并联在电源输出端，当电源出现过电压或浪涌电压时，TVS管迅速将电压钳制在预定值以下，保护负载设备不受损坏。