高效能电路保护器件--TVS

1. TVS概述

TVS（Transient Voltage Suppressor）瞬态电压抑制器。瞬态电压是指电流与电压的一种瞬时态的畸变，特点是超高压、瞬时态、高频次。瞬态电压一般是由静电和雷电引起，静电释放会产生一个很高的瞬态电压，而且速度非常快，如果不能将这个高电压瞬间导走，电路系统就会被严重破坏。TVS是一种能吸收瞬态高能量，保护系统免受静电和雷击损害的固态元件。

• 工作过程：当两极受到反向瞬态高能量冲击时，能以ps级的速度，将两极间的高阻抗变为低阻抗，来吸收瞬间大电流，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，当瞬时脉冲结束以后，TVS二极管自动恢复反向截止状态，使整个回路进入正常电压。

基本特性：TVS是一种特殊的稳压二极管，其电气特性由器件结构、掺杂浓度、衬底电阻率等决定，浪涌功率和浪涌电流容量与结面积成正比。按功率可分为24W、40W、400W、600W、1500W、5000W的等级，如转换成1ms周期的雪崩能量则分别为0.033、0.055、0.55、0.8、2.1、7.0焦耳。

TVS管的特点

1）低压、低电容

2）瞬态功率大

3）箝位电压较易控制

4）击穿电压偏差小

5）漏电流小

6）响应速度快（ns级）

7）体积小，易贴装

8）无损坏极限，可靠性高

参数描述

击穿电压V_BR

TVS在发生击穿的区域内，在规定的试验电流IT下，测得器件两端的电压称为击穿电压。

最大反向脉冲峰值电流I_PP

TVS可以承受的脉冲峰值电流，通常测试时间条件为10/1000us。

最大反向工作电压V_RWM

TVS保护电路过程中，在规定的反向电流下，TVS两端的电压值称为最大反向工作电压V_RWM。一般V_RWM=（0.8~0.9）V_(BR)，使用时，应使V_RWM不低于被保护电路或器件的正常工作电压。

最大箝位电压V_C

在脉冲峰值电流I_PP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V_{C(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位系数（该系数一般为1.2~1.4)。使用时，应使V_C不高于被保护电路的可承受的最大电压。

反向脉冲峰值功率P_PP

脉冲峰值功率P_PP是指10/1000μs波的脉冲峰值电流I_PP与最大箝位电压VC的乘积，即P_PP=I_PP*V_C；在给定的最大箝位电压下，功耗P_PP越大，其浪涌电流承受能力越大，在给定的功耗P_PP下，箝位电压越低，其浪涌电流的承受能力越强；除此以外，还和脉冲波形、脉冲时间及环境温度有关。

电容CJ

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，高频回路一般选择电容尽量小（如TV、 FM、BT、GPS选择TVS电容不大于3pF），而对电容要求不高的回路电容选择可高于40pF。

被保护电路正常工作电压＜V_RWM＜V_BR＜V_C＜被保护电路可承受的最大电压 

单向TVS与双向TVS：

1) 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，是典型的PN结雪崩器件。从击穿点到V_C值所对应的曲线段表明，当有瞬时过压脉冲时，器件的电流急剧增加而反向电压则上升到箝位电压值并保持电压基本不变。

2) 双向TVS能够将线路两端正负极的浪涌脉冲泄放，从而保护系统免受ESD损害。

3)双向TVS适用于交流电路，单向TVS一般用于直流电路。

TVS管与其他器件的区别

1.稳压二极管的原理

稳压二极管(又叫齐纳二极管)，是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件，在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定。稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更多的稳定电压。

2.TVS管与稳压二极管的区别

两者都可以用来稳压，并且都工作在反向截止状态下，其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。但是TVS管击穿电流更小，大于10V的只有1mA，相对来说稳压二极管击穿电流要大不少，但是稳压二极管稳压精度可以做的比较高。而且TVS管强调的是瞬态响应，也就是说稳压二极管的响应时间通常要比TVS管的慢。同时TVS管的功率较大，而稳压管的功率较小。

3.TVS与陶瓷电容的区别

陶瓷电容可以作ESD保护，不但便宜而且设计简便，但这类器件对高压的承受力却比较弱。5kV的冲击会造成约10%陶瓷电容失效，到10kV时，损坏率达到60%，而TVS可以承受15kV电压。

4.TVS与MLV的区别

多层金属氧化物结构器件(MLV)也可以进行有效的瞬时高压冲击抑制，但其功能会在瞬态电压的冲击下衰退。当瞬态电压侵袭时，漏电流和中止电压值都会偏离原来的参数变得不准确，此外它阻抗比较高，因此抑制电压可达中止电压的2~3倍。TVS二极管具有更低的抑制电压，同时还具有较低的电容。

TVS的应用

1）各类电源系统

2）家用电器

3）工控回路及仪器仪表

4）通讯设备

5）计算机及网络设备系统