高效能電路保護器件--TVS

1. TVS概述

TVS（Transient Voltage Suppressor）瞬態電壓抑制器。瞬態電壓是指電流與電壓的一種瞬時態的畸變，特點是超高壓、瞬時態、高頻次。瞬態電壓一般是由靜電和雷電引起，靜電釋放會產生一個很高的瞬態電壓，而且速度非?？?，如果不能將這個高電壓瞬間導走，電路系統就會被嚴重破壞。TVS是一種能吸收瞬態高能量，保護系統免受靜電和雷擊損害的固態元件。

• 工作過程：當兩極受到反向瞬態高能量沖擊時，能以ps級的速度，將兩極間的高阻抗變為低阻抗，來吸收瞬間大電流，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，當瞬時脈沖結束以后，TVS二極管自動恢復反向截止狀態，使整個回路進入正常電壓。

基本特性：TVS是一種特殊的穩壓二極管，其電氣特性由器件結構、摻雜濃度、襯底電阻率等決定，浪涌功率和浪涌電流容量與結面積成正比。按功率可分為24W、40W、400W、600W、1500W、5000W的等級，如轉換成1ms周期的雪崩能量則分別為0.033、0.055、0.55、0.8、2.1、7.0焦耳。

TVS管的特點

1）低壓、低電容

2）瞬態功率大

3）箝位電壓較易控制

4）擊穿電壓偏差小

5）漏電流小

6）響應速度快（ns級）

7）體積小，易貼裝

8）無損壞極限，可靠性高

參數描述

擊穿電壓V_BR

TVS在發生擊穿的區域內，在規定的試驗電流IT下，測得器件兩端的電壓稱為擊穿電壓。

最大反向脈沖峰值電流I_PP

TVS可以承受的脈沖峰值電流，通常測試時間條件為10/1000us。

最大反向工作電壓V_RWM

TVS保護電路過程中，在規定的反向電流下，TVS兩端的電壓值稱為最大反向工作電壓V_RWM。一般V_RWM=（0.8~0.9）V_(BR)，使用時，應使V_RWM不低于被保護電路或器件的正常工作電壓。

最大箝位電壓V_C

在脈沖峰值電流I_PP作用下器件兩端的最大電壓值稱為最大箝位電壓。使用時，應使V_{C(max )}不高于被保護器件的最大允許安全電壓。最大箝位電壓與擊穿電壓之比稱為箝位系數（該系數一般為1.2~1.4)。使用時，應使V_C不高于被保護電路的可承受的最大電壓。

反向脈沖峰值功率P_PP

脈沖峰值功率P_PP是指10/1000μs波的脈沖峰值電流I_PP與最大箝位電壓VC的乘積，即P_PP=I_PP*V_C；在給定的最大箝位電壓下，功耗P_PP越大，其浪涌電流承受能力越大，在給定的功耗P_PP下，箝位電壓越低，其浪涌電流的承受能力越強；除此以外，還和脈沖波形、脈沖時間及環境溫度有關。

電容CJ

TVS的電容由硅片的面積和偏置電壓來決定，電容在零偏情況下，隨偏置電壓的增加，該電容值呈下降趨勢。電容的大小會影響TVS器件的響應時間，高頻回路一般選擇電容盡量?。ㄈ鏣V、 FM、BT、GPS選擇TVS電容不大于3pF），而對電容要求不高的回路電容選擇可高于40pF。

被保護電路正常工作電壓＜V_RWM＜V_BR＜V_C＜被保護電路可承受的最大電壓 

單向TVS與雙向TVS：

1) 單向TVS的正向特性與普通穩壓二極管相同，反向擊穿拐點近似“直角”為硬擊穿，是典型的PN結雪崩器件。從擊穿點到V_C值所對應的曲線段表明，當有瞬時過壓脈沖時，器件的電流急劇增加而反向電壓則上升到箝位電壓值并保持電壓基本不變。

2) 雙向TVS能夠將線路兩端正負極的浪涌脈沖泄放，從而保護系統免受ESD損害。

3)雙向TVS適用于交流電路，單向TVS一般用于直流電路。

TVS管與其他器件的區別

1.穩壓二極管的原理

穩壓二極管(又叫齊納二極管)，是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件，在這臨界擊穿點上，反向電阻降低到一個很小的數值，在這個低阻區中電流增加而電壓則保持恒定。穩壓二極管是根據擊穿電壓來分檔的，因為這種特性，穩壓管主要被作為穩壓器或電壓基準元件使用。穩壓二極管可以串聯起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯就可獲得更多的穩定電壓。

2.TVS管與穩壓二極管的區別

兩者都可以用來穩壓，并且都工作在反向截止狀態下，其正向特性與普通二極管相同，反向特性為典型的PN結雪崩器件。但是TVS管擊穿電流更小，大于10V的只有1mA，相對來說穩壓二極管擊穿電流要大不少，但是穩壓二極管穩壓精度可以做的比較高。而且TVS管強調的是瞬態響應，也就是說穩壓二極管的響應時間通常要比TVS管的慢。同時TVS管的功率較大，而穩壓管的功率較小。

3.TVS與陶瓷電容的區別

陶瓷電容可以作ESD保護，不但便宜而且設計簡便，但這類器件對高壓的承受力卻比較弱。5kV的沖擊會造成約10%陶瓷電容失效，到10kV時，損壞率達到60%，而TVS可以承受15kV電壓。

4.TVS與MLV的區別

多層金屬氧化物結構器件(MLV)也可以進行有效的瞬時高壓沖擊抑制，但其功能會在瞬態電壓的沖擊下衰退。當瞬態電壓侵襲時，漏電流和中止電壓值都會偏離原來的參數變得不準確，此外它阻抗比較高，因此抑制電壓可達中止電壓的2~3倍。TVS二極管具有更低的抑制電壓，同時還具有較低的電容。

TVS的應用

1）各類電源系統

2）家用電器

3）工控回路及儀器儀表

4）通訊設備

5）計算機及網絡設備系統