关于TVS的电路保护机制，你了解透彻了吗？

TVS（Transient Voltage Suppressor）或称瞬变电压抑制二极管，是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品，其电路符号和普通稳压二极管相同，外形也与普通二极管无异。当TVS管两端经受瞬间高能量冲击时，它能以极高的速度（最高达1*10^-12秒）使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。

图1：TVS特性曲线

TVS的特性

如果用图示仪观察TVS的特性，就可得到图1中左图所示的波形。如果单就这个曲线来看，TVS管和普通稳压管的击穿特性基本一致，为典型PN结的雪崩器件。

但这条曲线只反映了TVS特性的一个部分，还必须补充图1右边所示的特性曲线，才能反映TVS的全部特性。这是在双踪示波器上观察到的TVS管承受大电流冲击时的电流及电压波形。

图1中曲线1是TVS管中的电流波形，它表示流过TVS管的电流由1mA突然上升到峰值，然后按指数规律下降，造成这种电流冲击的原因可能是雷击或过压等过猛的冲击因素。

曲线2是TVS管两端电压的波形，它表示TVS中的电流突然上升时，TVS两端电压也随之上升，但最大只上升到V_C值，这个值比击穿电压V_BR略大，从而对后面的电路元件起到保护作用。

TVS的参数

图2：TVS特性及参数

A：击穿电压（V_BR）：TVS在此时阻抗骤然降低，处于雪崩击穿状态。

B：测试电流（I_T）：TVS的击穿电压V_BR在此电流下测量而得。一般情况下I_T取1MA。

C：反向变位电压（V_RWM）：TVS的最大额定直流工作电压，当TVS两端电压继续上升，TVS将处于高阻状态。

D：最大反向漏电流（I_R）：在工作电压下测得的流过TVS的最大电流。

E：最大峰值脉冲电流（I_PP）：TVS允许流过的最大浪涌电流，它反映了TVS的浪涌抑制能力。

F：最大箝位电压（V_C）：当TVS管承受瞬态高能量冲击时，该管中流过大电流，峰值为I_PP，端电压由V_RWM值上升到V_C值就不再上升，从而实现保护作用。浪涌过后，I_PP随时间以指数形式衰减，当衰减到一定值后，TVS两端电压由V_C开始下降，恢复原来状态。最大箝位电压V_C与击穿电压V_BR之比称为箝位因子C_f，表示为C_f=V_C/V_BR，一般箝位因子仅为1.2～1.4。

G：峰值脉冲功率（PP）：PP按峰值脉冲功率的不同TVS分为四种，有500W、600W、1500W和5000W。最大峰值脉冲功率：最大峰值脉冲功率为：PN=V_C·I_PP。显然，最大峰值脉冲功率愈大，TVS所能承受的峰值脉冲电流I_PP愈大；另一方面，额定峰值脉冲功率PP确定以后，TVS所能承受的峰值脉冲电流I_PP，随着最大箝位电压V_C的降低而增加。TVS最大允许脉冲功率除了和峰值脉冲电流和箝位电压有关外，还和脉冲波形、脉冲持续时间和环境温度有关。

TVS所能承受的瞬时脉冲峰值可达数百安培，其箝位响应时间仅为1*10^-12秒；TVS所允许的正向浪涌电流在25℃、1/120秒的条件下，也可达50-200安培。一般而言，TVS所能承受的瞬时脉冲是不重复的脉冲。而实际应用中，电路中可能出现重复性脉冲。

TVS器件规定，脉冲重复率比（脉冲持续时间和间歇时间之比）为0.01%。如不符合这一条件，脉冲功率的积累有可能使TVS烧毁，电路设计人员应注意这一点。TVS的工作是可靠的，即使长期承受不重复性大脉冲的高能量的冲击，也不会出现“老化”问题。试验证明，TVS经过10000次脉冲的安全工作后，其最大允许脉冲功率仍为原值的80％以上。

TVS主要用于对电路元件进行快速过电压保护。它能“吸收”功率高达数千瓦的浪涌信号。TVS具有体积小、功率大、响应快、无噪声和价格低等诸多优点。它的应用十分广泛，如：家用电器、电子仪器、仪表、精密设备、计算机系统、通讯设备、RS232、485及CAN等通讯端口、ISDN的保护、I/O端口、IC电路保护；音、视频输入；交、直流电源；电机、继电器噪声的抑制等各个领域。它可以有效地对雷电和人为操作错误（涉及负载开关等）引起的过电压冲击起保护作用。

1、确定待保护电路的直流电压或持续工作电压。如果是交流电，应计算出最大值，即用有效值乘以1.414。

2、TVS的反向变位电压即工作电压（V_RWM），所选TVS的V_RWM应等于或大于上述步骤1所规定的操作电压。这就保证了在正常工作条件下，TVS吸收的电流可忽略不计。如果步骤1所规定的电压高于TVS的V_RWM，TVS将吸收大量的漏电流而处于雪崩击穿状态，从而影响电路的工作。

3、最大峰值脉冲功率确定电路的干扰脉冲情况。根据干扰脉冲的波形、脉冲持续时间，可确定能够有效抑制该干扰的TVS峰值脉冲功率。

4、所选TVS的最大箝位电压（V_C）应低于被保护电路所允许的最大承受电压。

5、单极性还是双极性：常常会出现这样的误解，即双向TVS用来抑制反向浪涌脉冲，其实并非如此。双向TVS用于交流电或来自正负双向脉冲的场合，TVS有时也用于减少电容。如果电路只有正向电平信号，那么单向TVS就足够了。

TVS的运作方式如下：正向浪涌时，TVS处于反向雪崩击穿状态；反向浪涌时，TVS类似正向偏置二极管一样导通并吸收浪涌能量。在低电容电路中，情况就不是这样了，此时应选用双向TVS以保护电路中的低电容器件免受反向浪涌的损害。

6、如果知道比较准确的浪涌电流I_PP，那么可以利用V_C来确定其功率，如果无法确定功率的大概范围，一般来说，选择大一些的功率比较好。