学习笔记 -- TVS管选型参考

一、TVS管基本工作原理

        当TVS管(瞬态电压抑制器)两极受到反向瞬态高能量冲击时，能以纳秒(ns)量级的速度，将两极间的高阻抗变为低阻抗，使两极间的电压箝位于一个预定的值，有效地保护电子线路中的元器件。

        在浪涌电压作用下，TVS 两极间的电压由额定反向关断电压 VRWM 上升到击穿电压 VBR，而被击穿。随着击穿电流的出现，流过 TVS 的电流将达到峰值脉冲电流 IPP，同时在其两端的电压被钳位到预定的最大钳位电压 VC 以下。其后，随着脉冲电流按指数衰减，TVS 两极间的电压也不断下降，最后恢复到初态。

        TVS 管有单向与双向之分，单向 TVS 管的特性与稳压二极管相似，双向 TVS管的特性相当于两个稳压二极管反向串联。

二、TVS管主要特性参数

        1、反向截止电压 VRWM 与反向漏电流 IR：VRWM 表示 TVS 管不导通的最高电压，在这个电压下只有很小的反向漏电流 IR。

        2、击穿电压 VBR：TVS 管通过规定的电流时的电压，这是表示 TVS 管导通的标志电压。

        3、脉冲峰值电流 IPP：TVS 管允许通过的 10/1000μs 波的最大峰值电流（8/20μs 波的峰值电流约为其 5 倍左右），超过这个电流值就可能造成永久性损坏。在同一个系列中，击穿电压越高的TVS管允许通过的峰值电流越小，一般是几 A～几十 A。

        4、最大箝位电压 VC：TVS 管流过脉冲峰值电流 IPP 时两端所呈现的电压。

        5、脉冲峰值功率 Pm：脉冲峰值功率 Pm 是指 10/1000μs 波的脉冲峰值电流 IPP 与最大箝位电压 VC 的乘积，即 Pm = IPP * VC。在给定的最大钳位电压下，功耗 PM 越大，其浪涌电流承受能力也就越大，在给定的功耗 PM 下，钳位电压越低，其浪涌电流的承受能力越大。

        6、极间电容 Cj：与压敏电阻一样，TVS 管的极间电容 Cj 也较大，且单向的比双向的大，功率越大的电容也越大，极间电容会影响 TVS 的响应时间。

三、选型依据及注意问题

        1、TVS 的最大反向钳位电压 VC 应小于被保护电路的损坏电压。

        2、TVS 的额定反向关断电压 VRWM 要大于或等于被保护电路的最大工作电压， 若选用的 VRWM 太低，器件可能进入雪崩或因反向漏电流太大影响电路的正常工作。

        3、在规定的脉冲持续时间内，TVS 的最大峰值脉冲功率 PM 必须大于被保护电路可能出现的峰值脉冲功率，在确定了最大钳位电压后，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。

        4、结电容是影响 TVS 在高速线路中使用的关键因素，一般用一个 TVS 管和一个快恢复二极管以背对背的方式连接，由于快恢复二极管有较小的结电容，因而二者串联的等效电容也较小，可以满足高频使用的要求。

        5、对于数据接口电路的保护，还必须注意选取具有合适寄生电容的TVS器件。

        6、根据用途选用TVS的极性及封装结构，交流电路选用双极性TVS较为合理；多线保护选用TVS阵列更为有利。

        7、TVS二极管与被保护线路进行并联，当瞬时电压超过电路正常工作电压后，TVS二极管便产生雪崩，提供给瞬时电流一个超低电阻通路，其结果是瞬时电流透过二极管被引开，避开被保护元件，并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。当瞬时脉冲结束以后，TVS二极管自动恢复高阻状态，整个回路恢复正常电压。

四、选型应用参考

        以SMBJ13A为例进行应用选型：

       例如：直流工作电压 12V，最大允许安全电压 26V（峰值），浪涌源的阻抗 50MΩ，其干扰波形为方波，TP=1ms，最大峰值电流 20A：

        1、工作电压 12V， 一般按 1.1 ~ 1.2 倍来选取 TVS 管的最大反向截止电压VRWM，选取最大反向截止电压 VRWM 为 13V（12 * 1.1 = 13.2V），则击穿电压为 V（BR）= VRWM / 0.85 = 15.3V；

        2、从击穿电压值选取最大箝位电压VC(MAX) = 1.30 × V(BR) = 19.89V，取 VC = 20V，满足最大；

        3、再从箝位电压 VC 和峰值电流 IP 计算出方波脉冲峰值功率：PPR = VC × IP = 20 × 20 = 400W；

        4、计算折合为 TP=1MS 指数波的峰值功率，折合系数 K1 = 1.4， PPR = 400W ÷ 1.4 = 285W。

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