TVS在電路中具有舉足輕重的地位，如何選型？
提到TVS，相信大部分電子工程師都知道，它是用來端口防護(hù)的，防止端口瞬間的電壓沖擊造成后級電路的損壞。
雖然TVS在電路中具有舉足輕重的地位，但針對TVS的選型過程，很多廠家都是直接給推薦電路，直接告訴設(shè)計者答案“你應(yīng)該選擇哪個器件”，卻很少對選型過程提供理論計算。
而大部分電子工程師在對面TVS選型的時候，新人憑參考，老人憑經(jīng)驗，一旦更換廠家或者更換測試條件，就無從下手了……本文就專門解決這一問題，讓新人老人對TVS選型都能得心應(yīng)手。
都是限制個電壓，為何人家的選型就比我優(yōu)秀?
1、工作原理
TVS(Transient Voltage Suppressors)，即瞬態(tài)電壓抑制器，又稱雪崩擊穿二極管。它是采用半導(dǎo)體工藝制成的單個PN結(jié)，或多個PN結(jié)集成的器件。
TVS有單向與雙向之分：單向TVS一般應(yīng)用于直流供電電路;雙向TVS應(yīng)用于電壓交變的電路。
如圖1所示，應(yīng)用于直流電路時單向TVS反向并聯(lián)于電路中，當(dāng)電路正常工作時，TVS處于截止?fàn)顟B(tài)(高阻態(tài))，不影響電路正常工作。
當(dāng)電路出現(xiàn)異常過電壓并達(dá)到TVS(雪崩)擊穿電壓時，TVS迅速由高電阻狀態(tài)突變?yōu)榈碗娮锠顟B(tài)，泄放由異常過電壓導(dǎo)致的瞬時過電流到地，同時把異常過電壓鉗制在較低的水平，從而保護(hù)后級電路免遭異常過電壓的損壞。
當(dāng)異常過電壓消失后，TVS阻值又恢復(fù)為高阻態(tài)。
2、關(guān)鍵參數(shù)
工欲善其事，必先利其器，要用好TVS，必須先了解其關(guān)鍵的參數(shù)。(1)Vrwm截止電壓TVS的最高工作電壓，可連續(xù)施加而不引起TVS劣化或損壞的最高工作峰值電壓或直流峰值電壓。對于交流電壓，用最高工作電壓有效值表示，在V RWM 下，TVS認(rèn)為是不工作的，即是不導(dǎo)通的。換一句話，電路的最高工作電壓必須小于Vrwm，否則將會導(dǎo)致TVS動作導(dǎo)致電路異常。
(2)I R漏電流漏電流，也稱待機(jī)電流。在規(guī)定溫度和最高工作電壓條件下，流過TVS的最大電流。TVS的漏電流一般是在截止電壓下測量，對于某一型號TVS，I R應(yīng)在規(guī)定值范圍內(nèi)。對TVS兩端施加電壓值為 V RWM ，從電流表中讀出的電流值即為TVS的漏電流 I R。對于同功率和同電壓的TVS，在V RWM ≤10V 時，雙向TVS漏電流是單向TVS漏電流的2倍。對于一些模擬端口，漏電流會影響AD的采樣值，所以TVS的漏電流越小越好。(3)VBR擊穿電壓擊穿電壓，指在V-I特性曲線上，在規(guī)定的脈沖直流電流I T或接近發(fā)生雪崩的電流條件下測得TVS兩端的電壓。測試的電流It一般選取10mA左右，施加的電流的時間不應(yīng)超過400ms，以免損壞器件，VBR MIN和VBR MAX是TVS擊穿電壓的一個偏差，一般TVS為±5%的偏差。測量時，V BR落在 V BR MIN .和 V BR MAX .之間視為合格品。(4)I PP峰值脈沖電流，V C鉗位電壓峰值脈沖電流，給定脈沖電流波形的峰值。TVS一般選用10/1000μs電流波形。鉗位電壓，施加規(guī)定波形的峰值脈沖電流I PP時，TVS兩端測得的峰值電壓。I PP及V C是衡量TVS在電路保護(hù)中抵抗浪涌脈沖電流及限制電壓能力的參數(shù)，這兩個參數(shù)是相互聯(lián)系的。對于TVS在防雷保護(hù)電路中的鉗位特性，可以參考V C這個參數(shù)。對于相同型號TVS，在相同I PP下的V C越小，說明TVS的鉗位特性越好。TVS的耐脈沖電流沖擊能力可以參考I PP，同型號的TVS，I PP越大，耐脈沖電流沖擊能力越強(qiáng)。(5)結(jié)電容CI，漏電流Ir結(jié)電容是TVS中的寄生電容，在高速IO端口保護(hù)需要重點關(guān)注，過大的結(jié)電容可能會影響信號的質(zhì)量。漏電流主要帶來了功率的損耗，或者是在模擬信號中，會影響AD信號的采樣值。圖2：廠家一般都是提供10/1000μs的測試波形
3、選型過程
了解了TVS的基本參數(shù)，我們就開始進(jìn)入最重要的TVS選型的過程了。選擇TVS之前，我們首先要明白選擇的終極目標(biāo)：
電壓合適能保護(hù)后級電路
引入的TVS的結(jié)電容不能影響電路
TVS功率余量充足，滿足測試標(biāo)準(zhǔn)，且不能比保險管先掛
選型的過程，可以按照以下的步驟進(jìn)行：
選擇TVS最高工作電壓Vrmw
選擇TVS鉗位電壓VC
選擇TVS的功率
評估漏電流Ir的影響
評估結(jié)電容的影響
一、選用方法
1、首先確定被保護(hù)電路的最大直流或連續(xù)工作電壓，電路的額定標(biāo)準(zhǔn)電壓和“高端”容限。
2、TVS的額定反向關(guān)斷電壓VWM應(yīng)大于或等于被保護(hù)電路的最大工作電壓，若選用的VWM太低，器件有可能進(jìn)入雪崩狀態(tài)或因反向漏電流太大影響電路的正常工作。
3、TVS的最大箝位電壓VC應(yīng)小于被保護(hù)電路的損壞電壓。
4、TVS的最大峰值脈沖功率PW必須大于被保護(hù)電路內(nèi)可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率。
5、在確定了TVS的最大箝位電壓后，其峰值脈沖電流應(yīng)大于瞬態(tài)浪涌電流。
6、對于數(shù)據(jù)接口電路的保護(hù)，必須注意選取盡可能小的電容值C的TVS器件。
7、帶A的TVS二極管比不帶A的TVS二極管的離散性要好，在TVS二極管A前面加C的型號表示雙向TVS二極管。
8、直流保護(hù)一般選用單向TVS二極管，交流保護(hù)一般選用雙向TVS二極管，多路保護(hù)選用TVS陣列器件，大功率保護(hù)選用TVS專用保護(hù)模塊。特殊情況，如：RS-485和RS-232保護(hù)可選用雙向TVS二極管或TVS陣列。
9、TVS二極管可以在-55℃到+150℃之間工作，如果需要TVS在一個變化的溫度下工作，由于其反向漏電流ID是隨溫度的增加而增大;功耗隨TVS結(jié)溫度增加而下降，故在選用TVS時應(yīng)考慮溫度變化對其特性的影響。
10、TVS二極管可以串/并應(yīng)用，串行連接分電壓，并行連接分電流。但考慮到TVS的離散性，使用時應(yīng)盡可能的減少串/并數(shù)量。
11、單極性還是雙極性-常常會出現(xiàn)這樣的誤解即雙向TVS用來抑制反向浪涌脈沖，其實并非如此。雙向TVS用于交流電或來自正負(fù)雙向脈沖的場合。TVS有時也用于減少電容。如果電路只有正向電平信號，那麼單向TVS就足夠了。TVS操作方式如下：正向浪涌時,TVS處于反向雪崩擊穿狀態(tài);反向浪涌時，TVS類似正向偏置二極管一樣導(dǎo)通并吸收浪涌能量。在低電容電路里情況就不是這樣了。應(yīng)選用雙向TVS以保護(hù)電路中的低電容器件免受反向浪涌的損害。
二、注解
1、VWM—是TVS最大連續(xù)工作的直流或脈沖電壓，當(dāng)這個反向電壓加于TVS兩極時，它處于反向關(guān)斷狀態(tài)，流過它的電流小于或等于其最大反向漏電流ID。
2、VBR—是TVS最小的雪崩電壓。25℃時，在這個電壓之前，保護(hù)TVS是不導(dǎo)通的。當(dāng)TVS流過規(guī)定的1mA電流IR時，加于TVS兩極間的電壓為其最小擊穿電壓VBR。
3、IT—--測試電流。
4、ID—--反向漏電流。
5、VC—當(dāng)持續(xù)時間為20us的脈沖峰值電流IPP流過TVS時，其兩極間出現(xiàn)的最大峰值電壓為VC。它是串聯(lián)電阻和熱溫升兩者電壓上升的組合。
6、IPP—最大的峰值脈沖電流。
下載文檔
