详解TVS管的重要选型参数以及应用工作原理

幽默 2024-10-17 18:01 上海

TVS（Transient Voltage Suppressors）管，即瞬态电压抑制器，又称雪崩击穿二极管，是一种普遍使用的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，适用于防止端口瞬间的电压冲击造成后级电路的损坏。以下是对TVS管的重要选型参数及应用工作原理的详细介绍：

一、TVS管的重要选型参数

1. 反向工作电压（VRWM）

TVS的最高工作电压，可连续施加而不引起TVS劣化或损坏的最高工作峰值电压或直流峰值电压。

选择要点：TVS 管的最高工作电压要大于被保护电路的最高工作电压，以保证在电路正常工作时 TVS 管处于截止状态，不影响电路正常运行。但也不能过高，否则会导致钳位电压较高，增加后级电路的负担，一般可选择为被保护电路最高工作电压的 1.1 - 1.2 倍。

2. 漏电流（IR）

也称待机电流，在规定温度和最高工作电压条件下流过TVS的最大电流。

选择要点：对于同功率和同电压的TVS，在VRWM≤10V时，双向TVS漏电流是单向TVS漏电流的两倍。漏电流主要带来功率的损耗，或者是在模拟信号中影响AD信号的采样值，所以TVS的漏电流越小越好。

3. 击穿电压（VBR）

当ESD防护开始工作的电压，一般是TVS通过1mA时的电压，一般施加电流的时间不超过400ms，以免损坏器件。VBRmin和VBRmax是TVS击穿电压的一个偏差，一般TVS为±5%的偏差。测量时VBR落在VBRmin和VBRmax之间视为合格品。

选择要点：应根据电路中可能出现的瞬态过电压情况来选择合适的击穿电压。如果击穿电压选得过低，TVS 管可能在正常的电压波动下就导通，影响电路正常工作；如果选得过高，则可能无法及时有效地抑制瞬态过电压。

4. 峰值脉冲电流（IPP）

给定脉冲电流波形的峰值。TVS一般选用10/1000μs或者8/20μs的电流波形。IPP是衡量TVS在电路保护中抵抗浪涌脉冲电流能力的参数。

选择要点：TVS 管的峰值脉冲电流要大于电路中可能出现的最大瞬态浪涌电流，这样才能保证 TVS 管在瞬态过电压发生时能够有效地吸收浪涌电流，保护后级电路。同型号的 TVS 管，峰值脉冲电流越大，其耐脉冲电流冲击的能力越强。

5. 钳位电压（VC）

施加在规定波形的峰值脉冲电流IPP时，TVS两端的峰值电压。IPP以及VC是衡量TVS在电路保护中抵抗浪涌脉冲电流以及限制电压能力的参数。这两个参数是互相联系的。对于相同型号的TVS，在相同IPP下的VC越小，说明TVS的钳位特性越好。

选择要点：钳位电压要小于后级被保护电路中最大可承受的瞬态安全电压。在相同峰值脉冲电流下，钳位电压越小，说明 TVS 管的钳位特性越好，对后级电路的保护效果就越佳。

6. 结电容

是TVS中的寄生电容，在高速IO端口保护需要重点关注，过大的结电容可能会影响信号的质量。

选择要点：在高速IO端口防护、模拟信号采样、数据接口、通信线路防护等对信号传输速度要求较高的场合，需要选择结电容较小的TVS管，以减少对信号的影响。

二、TVS管的应用工作原理

TVS管的工作原理基于其快速响应和高浪涌吸收能力。当TVS的两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，从而吸收一个瞬间大电流，并将其两端电压钳制在一个预定的数值上。这样，就可以保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。

具体来说，TVS管有单向与双向之分：

1. 单向TVS：一般应用于直流供电电路。当电路正常工作时，TVS处于截止状态（高阻态），不影响电路正常工作。当电路出现异常过电压并达到TVS（雪崩）击穿电压时，TVS迅速由高电阻状态突变为低电阻状态，泄放由异常过电压导致的瞬时过电流到地，同时把异常过电压钳制在较低的水平，从而保护后级电路免遭异常过电压的损坏。当异常过电压消失后，TVS阻值又恢复为高阻态。

2. 双向TVS：应用于交流供电电路，其工作原理与单向TVS类似，但适用于交流电压的变化。

作者简介：

小飞，90后，公众号《小飞学长》主理人。自创号以来，发表文章数千篇，累计全网阅读量上亿次。曾做过文字编辑、软硬件研发工程师以及独立撰稿人等工作，目前专注于芯片行业。业余时间酷爱阅读与写作，热衷于分享对读者有用的知识、思考、感悟和经验。关注我，让我们一起成长，向善向阳，努力突破，成就更好的自己。

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