TVS二极管选型

大家好，欢迎来到IT知识分享网。

一.TVS管概述

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 10 的负 12 次方秒量级的速度，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精密元器件。

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（最大峰值脉冲电流对应最大钳位电压）。

二.其主要特性参数

三.优点及缺点

优点：
响应速度快，为 ns 级、瞬态功率大、漏电流低；其 10/1000μs 波脉冲功率从 400W～30KW，脉冲峰值电流从 0、52A～544A；击穿电压有从 6、8V～550V 的系列值，便于各种不同电压的电路使用。

缺点：
浪涌冲击能力较放电管和压敏电阻差；
稳压二极管：反应较慢；一般用于电压精度要求高的地方（一般较小），防浪涌，击穿电压精准，各压值档都有；齐纳击穿；
压敏电阻：与稳压二极管相似，但不可恢复。

四.选型依据及注意事项

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 VWM 要大于或等于被保护电路的最大工作电压， 若选用的 VWM 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； 串行连接分电压，并行连接分电流。

3、交流电压只能用双向 TVS。

4、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。

5、结电容是影响 TVS 在高速线路中使用的关键因素，在这种情况下，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，因而二者串联的等小电容也较小，可以满足高频使用的要求。

7、确定被保护电路的最大直流或连续工作电压、电路的额定标准电压和“高端”容限。

8、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。

9、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。

10、温度考虑，瞬态电压抑制器可以在－55℃～+150℃之间工作，如果需要TVS在一个变化的温度工作，由于其反向漏电流ID是随增加而增大；功耗随TVS结温增加而下降，从+25℃～+175℃，大约线性下降50％与击穿电压VBR随温度的增加按一定的系数增加，因此，必须查阅有关产品资料，考虑温度变化对其特性的影响。

11、处理瞬时脉冲对元件损害的最好办法是将瞬时电流从感应元件引开，TVS二极管在线路板上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二极管自动回复高阻状态，整个回路进入正常电压，许多元件在承受多次冲击后，其参数及性能会产生退化，而只要工作在限定范围内，二极管将不会产生损坏或退化。

使用注意事项：
1、对瞬变电压的吸收功率峰值与瞬变电压脉冲宽度间的关系，手册给的只是特定脉宽下的吸收功率峰值，实际线路中的脉冲宽度则变化莫测，事前要有估计，对宽脉冲应降额使用。

2、对小电流负载的保护，可有意识地在电路中增加限流电阻，只要限流电阻的阻值合适，不影响线路的正常工作，但限流电阻对干扰所产生的电流却会大大减小，这就有可能选用峰值功率较小的 TVS 管来对小电流负载电路进行保护。

3、对重复出现的瞬变电压的抑制，要注意 TVS 管的稳态平均功率是否在安全范围之内。

4、环境温度升高时要降额使用，TVS 管的引线长短，它与被保护线路的相对距离。

五.应用举例

直流电路中选用举例：整机直流工作电压 12V，最大允许安全电压 25V（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 50A。选择：

1、先从工作电压 12V 选取最大反向工作电压 VRWM 为 13V，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；

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=20×50=1000W。

4、计算折合为 TP=1MS 指数波的峰值功率，折合系数 K1=1.4， PPR=1000W÷1.4=715W 交流电路选用举例：直流线路采用单向瞬变电压抑制二极管，交流则必须采用双向瞬变电压抑制二极管。

还有用 TVS 保护晶体管，集成电路，可控硅，功率 MOS 管即在在栅源之间加上瞬变电压抑制二极管，可防止栅极击穿，继电器等。

直流电源防护设计

室外网口防护电路

注意，TVS管的寄生电容可能影响信号完整性，可以使用压敏电阻放在变压器抽头，作为防护电路，支持更高速率的网口设计。

六.压敏电阻 VS TVS管

1、材料本征响应时间由上面的导通机理分析可以知道，氧化锌压敏陶瓷导电机理是隧道击穿，所以其材料响应时间就是其隧道电子击穿时间，一般为0.3ns。
TVS管导电机理是雪崩击穿，其响应时间就是其雪崩电子击穿时间，一般在0.5~1ns之间。

2、产品结构对响应时间影响片式氧化锌压敏电阻器采用多层独石结构，其寄生电感非常小，对其响应时间影响甚微，有些设计人员谈到的压敏电阻响应时间慢主要指用于AC端防浪涌的插件压敏电阻，因为较长的引线引入寄生的电感导致响应时间较慢（25ns）。

而TVS管为了SMT要求，在其两端设计电极引线，也会产生寄生电感，对其响应时间有一定影响。

而ESD放电波形一般在1nS达到峰值，这就需要过电压防护器件在1nS内迅速响应，钳制过电压，保护IC和ESD敏感线路。

从响应时间看，片式压敏电阻和TVS的响应时间都满足ESD防护的需求，从而起到良好的防护效果。

综合以上分析和对比，片式氧化锌压敏陶瓷电阻和TVS管均是抑制ESD的有效器件，TVS管限制电压较低，瞬态内阻较小，适合应用于耐ESD电压特别差或者被保护部位阻抗特别小的部位，如听筒、MIC、音频等。

而压敏电阻的吸收能量的能力比TVS管要强，除了一般的ESD防护，也特别适合于电源部位和较大瞬态能量的部位过压防护。

在响应时间方面，要避免陷入片式氧化锌压敏陶瓷电阻的响应时间慢的误区。

由于工艺的差异，片式压敏电阻的价格要远低于TVS，表现出良好的性价比，设计人员可以根据电路的实际应用灵活选择片式压敏电阻或者TVS。

TVS 是半导体保护器件，具有响应速度快，可靠性高的优点，弱点一是无法承受太大的瞬间电流，二是其箝位电压随着电流增加而增加。
特别适合于不需要旁路大能量的低电压场合应用，示例电路如下：


压敏电阻的突破承载取决于它的物理尺寸，因而可以获得较高的浪涌电流值，其箝位特性使他可以为AC或DC电源线应用中作为瞬态保护元件，压敏电阻的价格较为低廉。

相比TVS二极管它的缺点是寄生电容较大，响应时间较慢，离散性大，另外压敏电阻会产生蜕化，因此存在可靠性和性能问题。

七.陶瓷气体放电管 VS TVS管

GDT 的特点是大通流量、高耐压值、极低的结间电容。缺点是多次工作后性能下降需要更换，并且在有源接口应用时必须要注意维持电压或者续流问题，因此一般也多配合压敏电阻使用。

八.TSS管 VS TVS管

图 TSS管的原理图符号

电压开关型瞬态抑制二极管(TSS)与TVS管相同，也是利用半导体工艺制成的限压保护器件，但其工作原理与气体放电管类似，而与压敏电阻和TVS管不同。

当TSS管两端的过电压超过TSS管的击穿电压时，TSS管将把过电压钳位到比击穿电压更低的接近0V的水平上，之后TSS管持续这种短路状态，直到流过TSS管的过电流降到临界值以下后，TSS恢复开路状态。

TSS是电压开关型瞬态抑制二极管，就是涌抑制晶体管或者叫做导体放电管，固体放电管等等。

TSS管是利用半导体工艺制成的保护器件，主要用于信号电路的防雷保护，不能用在电源端口。

TSS器件的通流容量一般最高可达到150A（8/20uS）。

TSS管和TVS管都是利用半导体工艺制成的限压保护器件，TSS管是电压开关型的，TVS是电压钳位型的。

TSS管在响应时间，结电容方面与TVS管是相同特点，易于制成表贴器件，很适合在单板上使用，TSS管适合于信号电平较高的信号电路保护。

TSS管在响应时间、结电容方面具有与TVS管相同的特点。

易于制成表贴器件，很适合在单板上使用，TSS管动作后，将过电压从击穿电压值附近下拉到接近0V的水平，这时二极管的结压降小，所以用于信号电平较高的线路，例如模拟用户线、ADSL等。

TSS管的击穿电压、通流容量是电路设计时应重点考虑的，在信号回路中时，应当有：min(UBR)≥(1.2～1.5)Umax，式中Umax为信号回路的峰值电压。

TSS管较多应用于信号线路的防雷保护。

TSS管的失效模式主要是短路，但当通过的过电流太大时，也可能造成TSS管被炸裂而开路，TSS管的使用寿命相对较长。

本文转自———硬件十万个为什么