一．TVS 管概述

 

TVS（Transient Voltage Suppressor）瞬態(tài)電壓抑制器。當兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時，能以 10 的負 12 次方秒量級的速度，將兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，使兩極間的電壓箝位于一個預定值，有效地保護電子線路中的精密元器件。在浪涌電壓作用下，TVS 兩極間的電壓由額定反向關(guān)斷電壓 VWM 上升到擊穿電壓 VBR，而被擊穿，隨著擊穿電流的出現(xiàn)，流過 TVS 的電流將達到峰值脈沖電流 IPP，同時在其兩端的電壓被鉗位到預定的最大鉗位電壓 VC 以下，其后，隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，TVS 兩極間的電壓也不斷下降，最后恢復到初態(tài)；TVS 管有單向與雙向之分，單向 TVS 管的特性與穩(wěn)壓二極管相似，雙向 TVS管的特性相當于兩個穩(wěn)壓二極管反向串聯(lián)。

 

二．其主要特性參數(shù)

 

1、反向截止電壓 VRWM 與反向漏電流 IR：反向截止電壓 VRWM 表示 TVS 管 不導通的最高電壓，在這個電壓下只有很小的反向漏電流 IR。 2、擊穿電壓 VBR：TVS 管通過規(guī)定的測試電流時的電壓，這是表示 TVS 管導 通的標志電壓。 3、脈沖峰值電流 IPP：TVS 管允許通過的 10/1000μs 波的最大峰值電流（8/20μs 波的峰值電流約為其 5 倍左右），超過這個電流值就可能造成永久性損壞。在同一個系列中，擊穿電壓越高的管子允許通過的峰值電流越小，一般是幾 A～幾十 A。 4、最大箝位電壓 VC：TVS 管流過脈沖峰值電流 IPP 時兩端所呈現(xiàn)的電壓。 5、脈沖峰值功率 Pm： 脈沖峰值功率 Pm 是指 10/1000μs 波的脈沖峰值電流 IPP 與最大箝位電壓 VC 的乘積，即 Pm=IPP*VC；在給定的最大鉗位電壓下， 功耗 PM 越大，其浪涌電流承受能力越大，在給定的功耗 PM 下，鉗位電壓越 低，其浪涌電流的承受能力越大；另外，峰值脈沖功耗還與脈沖波形，持續(xù)時間和環(huán)境溫度有關(guān)：典型的脈沖波形持續(xù)時間為 1ms，當施加到二極管上的脈沖波形持續(xù)時間小于 TP，則隨著 TP 的減小脈沖峰值功率增加；TVS 所能承受的瞬態(tài)脈沖式不重復的，如果電路內(nèi)出現(xiàn)重復性脈沖，應考慮脈沖功率的累積可能損壞 TVS。 6、穩(wěn)態(tài)功率 P0：TVS 管也可以作穩(wěn)壓二極管用，這時要使用穩(wěn)態(tài)功率。 7、極間電容 Cj：與壓敏電阻一樣，TVS 管的極間電容 Cj 也較大，且單向的比 雙向的大，功率越大的電容也越大，極間電容會影響 TVS 的響應時間。 8、峰值電流波形：A、正弦半波 B、矩形波 C 、標準波（指數(shù)波形） D、三角 波 TVS 峰值電流的試驗波形采用標準波（指數(shù)波形），由 TR/TP 決定。 峰值電流上升時間 TR: 電流從 0.1IPP 開始達到 0.9 IPP 的時間。 半峰值電流時間 TP：電流從零開始通過最大峰值后，下降到 0.5IPP 值的時間。 下面列出典型試驗波形的 TR/TP 值： EMP 波：10ns /1000ns 閃電波：8μs /20μs 標準波：10μs /1000μs

 

三．優(yōu)點及缺點

 

優(yōu)點：響應速度快（為 ns 級）、瞬態(tài)功率大、漏電流低；其 10/1000μs 波脈沖功率從 400W～30KW，脈沖峰值電流從 0、52A～544A；擊穿電壓有從 6、8V～550V 的系列值，便于各種不同電壓的電路使用。 缺點：耐浪涌沖擊能力較放電管和壓敏電阻差； 穩(wěn)壓二極管：反應較慢；一般用于電壓精度要求高的地方（一般較小），防浪涌，擊穿電壓精準，各壓值檔都有；齊納擊穿； 壓敏電阻：與穩(wěn)壓二極管相似，但不可恢復；

 

四．選型依據(jù)及注意事項：

 

1、 TVS 的最大反向鉗位電壓 VC 應小于被保護電路的損壞電壓； 2、TVS 的額定反向關(guān)斷電壓 VWM 要大于或等于被保護電路的最大工作電壓， 若選用的 VWM 太低，器件可能進入雪崩或因反向漏電流太大影響電路的正常 工作； 3、 交流電壓只能用雙向 TVS； 4、在規(guī)定的脈沖持續(xù)時間內(nèi)，TVS 的最大峰值脈沖功率 PM 必須大于被保護電路可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率，在確定了最大鉗位電壓后，其峰值脈沖電流應大于瞬態(tài)浪涌電流； 5、結(jié)電容是影響 TVS 在高速線路中使用的關(guān)鍵因素，在這種情況下，一般用一個 TVS 管和一個快恢復二極管以背對背的方式連接，由于快恢復二極管有較小的結(jié)電容，因而二者串聯(lián)的等小電容也較小，可以滿足高頻使用的要求； 6、需要考慮降額使用的應用； 應用場合：功率開關(guān)電路；整流二極管（與之同向）；電源變壓器；防直流電源反接或電源通斷時產(chǎn)生的瞬時脈沖；抑制電機，斷電器線圈，螺線管等感性負載產(chǎn)生的瞬時脈沖電壓；控制系統(tǒng)的輸入輸出端；

 

使用注意事項：

 

1、對瞬變電壓的吸收功率峰值與瞬變電壓脈沖寬度間的關(guān)系，手冊給的只是特 定脈寬下的吸收功率峰值，實際線路中的脈沖寬度則變化莫測，事前要有估計，對寬脈沖應降額使用； 2、對小電流負載的保護，可有意識地在電路中增加限流電阻，只要限流電阻的 阻值合適，不會影響線路的正常工作，但限流電阻對干擾所產(chǎn)生的電流卻會大大減小，這就有可能選用峰值功率較小的 TVS 管來對小電流負載電路進行保護； 3、對重復出現(xiàn)的瞬變電壓的抑制，要注意 TVS 管的穩(wěn)態(tài)平均功率是否在安全范圍之內(nèi)； 4、環(huán)境溫度升高時要降額使用，TVS 管的引線長短，它與被保護線路的相對距 離；

 

五．應用舉例

 

直流電路中選用舉例： 整機直流工作電壓 12V，最大允許安全電壓 25V（峰值），浪涌源的阻抗 50MΩ，其干擾波形為方波，TP=1ms，最大峰值電流 50A。 選擇： 1、先從工作電壓 12V 選取最大反向工作電壓 VRWM 為 13V，則擊穿電壓為 V（BR）=VRWM/0.85=15.3V； 2、從擊穿電壓值選取最大箝位電壓 VC（MAX）=1.30×V(BR)=19.89V，取 VC=20V； 3、再從箝位電壓 VC 和最在峰值電流 IP 計算出方波脈沖峰值功率： PPR=VC×IP=20×50=1000W 4、計算折合為 TP=1MS 指數(shù)波的峰值功率，折合系數(shù) K1=1.4， PPR=1000W÷1.4=715W 交流電路選用舉例： 直流線路采用單向瞬變電壓抑制二極管，交流則必須采用雙向瞬變電壓抑制二極管。交流是電網(wǎng)電壓，這里產(chǎn)生的瞬變電壓是隨機的，有時還遇到雷擊（雷電感應產(chǎn)生的瞬變電壓）所以很難定量估算出瞬時脈沖功率 PPR。但是對最大反向工作電壓必須有正確的選取。一般原則是交流電壓乘 1.4 倍來選取 TVS 管的最大反向工作電壓。直流電壓則按 1.1—1.2 倍來選取 TVS 管的最大反向工作電壓VRWM。 TVS 保護直流穩(wěn)壓電源實例：

 

 

圖中是一個直流穩(wěn)壓電源，并有擴大電流輸出的晶體管，在其穩(wěn)壓輸出端加上瞬變電壓抑制二極管，可以保護使用該電源的儀器設備，同時還可圖中是一個直流穩(wěn)壓電源，并有擴大電流輸出的晶體管，在其穩(wěn)壓輸出端加上瞬

變電壓抑制二極管，可以保護使用該電源的儀器設備，同時還可以吸收電路中的集電極到發(fā)射極間的峰值電壓，保護晶體管，建議在每個穩(wěn)壓電源輸出端加一個TVS 管，可以大幅度提高整機應用的可靠性；

 

還有用 TVS 保護晶體管，集成電路，可控硅，功率 MOS 管（在柵源之間加上 瞬變電壓抑制二極管，可防止柵極擊穿），繼電器等； 繼電器的觸點往往用大電流去開關(guān)電動機等大電流電感負載，而電感在開關(guān)時有很高的反電勢，而且有較大的能量，往往把觸點燒壞或擊穿產(chǎn)生電弧等，必須對觸點采取保護，抑制電弧的產(chǎn)生，以保護繼電器。但是這種電弧產(chǎn)生的浪涌電流很大，過去采用電容或者用電容串聯(lián)電阻、二極管、二極管串聯(lián)電阻等抑制方案，現(xiàn)在采用瞬變電壓抑制二極管方案效果更好。

 

 

 

推薦閱讀：