• TVS簡(jiǎn)介

TVS是一種瞬態(tài)電壓抑制器，也被稱為雪崩擊穿二極管。由半導(dǎo)體工藝制成的單個(gè)PN結(jié)或多個(gè)PN結(jié)集成器件。TVS可分為單向和雙向。單向TVS一般用于DC電源電路，雙向TVS用于電壓交變電路。如下圖所示，當(dāng)應(yīng)用于DC電路時(shí)，單向TVS反向并聯(lián)于電路中。當(dāng)電路正常工作室時(shí)，TVS處于截止?fàn)顟B(tài)（高阻態(tài)），不影響電路的正常運(yùn)行。當(dāng)電路出現(xiàn)異常過(guò)電壓并達(dá)到TVS（雪崩）擊穿電壓時(shí)，TVS迅速?gòu)母咦钁B(tài)突變?yōu)榈妥钁B(tài)。由異常過(guò)壓引起的瞬時(shí)過(guò)電流排放到地面，異常過(guò)電壓抑制在較低水平，以保護(hù)后電路免受異常過(guò)壓的損壞。當(dāng)異常過(guò)壓消失時(shí)，TVS電阻恢復(fù)到高電阻。

圖1：TVS工作原理

• TVS關(guān)鍵參數(shù)

A) Vrwm截止電壓。

TVS的最高工作電壓，可持續(xù)施加的最高工作峰值電壓或直流峰值電壓，不會(huì)對(duì)TVS造成損壞。對(duì)于交流電壓，TVS認(rèn)為在Vrwm下不工作，即不導(dǎo)通。換句話說(shuō)，電路的最高工作電壓必須小于Vrwm，否則會(huì)導(dǎo)致電路異常。

B) IR漏電流。

泄漏電流，也被稱為待機(jī)電流。在規(guī)定的溫度和最高工作電壓條件下，通過(guò)TVS的最大電流。TVS的泄漏電流一般在截止電壓下測(cè)量，IR應(yīng)在規(guī)定值范圍內(nèi)。TVS兩端的電壓值為VRwm，從電流表中讀取的電流值為TVS的泄漏電流IR。對(duì)于功率和電壓相同的TVS，雙向TVS泄漏電流是單向TVS泄漏電流的兩倍。對(duì)于一些模擬端口，泄漏電流會(huì)影響AD的使用值，所以TVS的泄漏電流越小越好。

C) VBR擊穿電壓。

擊穿電壓是指在V-I特性曲線上，在規(guī)定的脈沖直流或接近雪崩的電流條件下測(cè)量TVS兩端的電壓。測(cè)試電流一般為10ma左右，施加電流時(shí)間不得超過(guò)400ms，以免損壞設(shè)備，與TVS擊穿電壓有偏差。一般來(lái)說(shuō)，TVS為±%5。

D) 峰值脈沖電流，鉗位電壓。

峰值脈沖電流，給定脈沖電流波形的峰值。TVS一般選擇10/1000us電流波形。當(dāng)鉗位電壓施加規(guī)定波形的峰值脈沖電流時(shí)，TVS兩端測(cè)得的峰值電壓。這兩個(gè)參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的，以及測(cè)量TVS在電路保護(hù)中抵抗浪涌電流和限制電壓的參數(shù)。對(duì)于TVS在防雷保護(hù)電路中的鉗位特性，可以參考這個(gè)參數(shù)。同型號(hào)TVS越小，TVS的鉗位特性越好。TVS的抗脈沖電流沖擊能力可以參考。同型號(hào)TVS越大，抗脈沖電流沖擊能力越強(qiáng)。

E) 結(jié)電容是，漏電流。

結(jié)電容器是TVS中的寄生電容器，需要注意高速IO端口的保護(hù)。過(guò)大的結(jié)電容器可能會(huì)影響信號(hào)的質(zhì)量。漏電流主要會(huì)導(dǎo)致功率損失，或者在模擬信號(hào)中影響AD信號(hào)的取樣值。

圖2：10/1000μs的測(cè)試波形

圖3：TVS的關(guān)鍵參數(shù)

• TVS選型過(guò)程

了解TVS的基本參數(shù)，進(jìn)入TVS的TVS選擇過(guò)程。在選擇TVS之前，我們應(yīng)該首先了解選擇的最終目標(biāo)：

1. 適當(dāng)?shù)碾妷嚎梢员Ｗo(hù)后級(jí)電路；
2. TVS的結(jié)電容不能影響電路；
3. TVS功率余量充足，符合測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，且不能先掛保險(xiǎn)絲。

選型過(guò)程可按以下步驟進(jìn)行：

1. 選擇TVS最高工作壓VRWM；
2. 選擇TVS鉗位電壓VC
3. 選擇TVS功率；
4. 評(píng)估漏電流IR的影響；
5. 評(píng)估結(jié)電容的影響

1.選擇TVS最高工作電壓Vrwm。

在電路正常工作的情況下，TVS不應(yīng)工作，即處于截止?fàn)顟B(tài)。因此，TVS的截止電壓應(yīng)大于受保護(hù)電路的最高工作電壓，以確保TVS在電路正常工作下不會(huì)影響電路的工作。然而，TVS的工作電壓也決定了TVS的鉗位電壓。當(dāng)截止電壓大于電路的正常工作電壓時(shí)，TVS的工作  電壓不能選擇太高。如果太高，鉗位電壓也會(huì)更高。因此，在選擇VRWM時(shí)，應(yīng)綜合考慮受保護(hù)電路的工作電壓和后電路的承載能力。VRWM值可參考以下公式：

Vrwm=1.1~1.2*VCC；VCC是電路的最高工作電壓。

2.選擇TVS鉗位電壓VC。

TVS鉗位電壓應(yīng)小于后保護(hù)電路最大的瞬態(tài)安全電壓，VC與TVS雪崩擊穿電壓和IPP成正比。對(duì)于功率等級(jí)相同的TVS，擊穿電壓越高，VC越高，TVS的最大鉗位電壓VC不應(yīng)大于保護(hù)電路能承受的最大電壓，否則TVS鉗在VC時(shí)會(huì)損壞電路，VC可參考以下公式。

VCVMax；-VMax是電路能承受的最高電壓。

3.選擇TVS功率(或IPP)

TVS產(chǎn)品的額定瞬態(tài)功率應(yīng)大于電路中可能的最大瞬態(tài)浪涌功率。理論上，TVS的功率越大，能承受的沖擊能量和頻率就越好，但功率越高，TVS的包裝就越大，價(jià)格就越高。因此，TVS的功率可以滿足要求。對(duì)于不同功率等級(jí)的TVS，相同電壓規(guī)格的TVS具有相同的VC值，但I(xiàn)PP不同。因此，PPPM與IPPM成正比，IPPM越大，PPPM就越大。

對(duì)于某個(gè)電路，有相應(yīng)的測(cè)試要求。如果實(shí)際電路中的最大測(cè)試電流是Iactual，Iactual可以估計(jì)為:Iactual=Uactual/Ri；-Uactual是測(cè)試電壓，Ri是測(cè)試內(nèi)阻。

TVS要通過(guò)測(cè)試，所以TVS的最小功率Pactual在實(shí)際電路中需要：

Pactual=VC*Iactual*di/dt；-di/dt是波形轉(zhuǎn)換系數(shù)。

例如，如果實(shí)際測(cè)試波形為8/20μs波形，建議di/dt取1/(3~5)，這與TVS材質(zhì)有關(guān)。在實(shí)際選型中，TVS應(yīng)留有一定的余量，TVS的功率PPMP選擇應(yīng)遵循PPM>Pactual。

4.根據(jù)所選TVS的結(jié)電容和漏電流評(píng)估影響。

如果TVS用于高速IO端口保護(hù)、模擬信號(hào)采樣和低功耗設(shè)備，則需要考慮結(jié)電容和漏電流的影響。參數(shù)越小越好。