TVS(Transient Voltage Suppresser瞬態(tài)電壓抑制器)

       TVS是普遍使用的一種新型高效電路保護(hù)器件，它具有極快的響應(yīng)時間(亞納秒級)和相當(dāng)高的浪涌吸收能力。當(dāng)它的兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時，TVS能以極高的速度把兩端間的阻抗值由高阻抗變為低阻抗，以吸收一個瞬間大電流，從而把它的兩端電壓箝制在一個預(yù)定的數(shù)值上，從而保護(hù)后面的電路元件不受瞬態(tài)高壓尖峰脈沖的沖擊。正因為如此，TVS可用于保護(hù)設(shè)備或電路免受靜電、電感性負(fù)載切換時產(chǎn)生的瞬變電壓[4]，以及感應(yīng)雷所產(chǎn)生的過電壓。

        TVS管和穩(wěn)壓管一樣，也是反向應(yīng)用的。其中VR稱為最大轉(zhuǎn)折電壓，是反向擊穿之前的臨界電壓。VB是擊穿電壓，其對應(yīng)的反向電流IT一般取值為1 mA。VC是最大箝位電壓，當(dāng)TVS管中流過的峰值電流為IPP的大電流時，管子兩端電壓就不再上升了。因此TVS管能夠始終把被保護(hù)的器件或設(shè)備的端口電壓限制在VB～VC的有效區(qū)內(nèi)。與穩(wěn)壓管不同的是，IPP的數(shù)值可達(dá)數(shù)百安培，而箝位響應(yīng)時間僅為1×10-12s。TVS的最大允許脈沖功率為PM=VCIPP，且在給定最大鉗位電壓下，功耗PM越大，其浪涌電流的承受能力越大。

穩(wěn)壓管和TVS管的作用

穩(wěn)壓管的應(yīng)用:
1、浪涌保護(hù)電路:穩(wěn)壓管在準(zhǔn)確的電壓下擊穿,這就使得它可作為限制或保護(hù)之元件來使用,因為各種電壓的穩(wěn)壓二極管都可以得到,故對于這種應(yīng)用特別適宜.圖中的穩(wěn)壓二極管D是作為過壓保護(hù)器件.只要電源電壓VS超過二極管的穩(wěn)壓值D就導(dǎo)通,使繼電器J吸合負(fù)載RL就與電源分開.

2、電視機(jī)里的過壓保護(hù)電路:EC是電視機(jī)主供電壓,當(dāng)EC電壓過高時,D導(dǎo)通,三極管BG導(dǎo)通,其集電極電位將由原來的高電平(5V)變?yōu)榈碗娖?通過待機(jī)控制線的控制使電視機(jī)進(jìn)入待機(jī)保護(hù)狀態(tài).

3、電弧抑制電路:在電感線圈上并聯(lián)接入一只合適的穩(wěn)壓二極管(也可接入一只普通二極管原理一樣)的話,當(dāng)線圈在導(dǎo)通狀態(tài)切斷時,由于其電磁能釋放所產(chǎn)生的高壓就被二極管所吸收,所以當(dāng)開關(guān)斷開時,開關(guān)的電弧也就被消除了.這個應(yīng)用電路在工業(yè)上用得比較多,如一些較大功率的電磁吸控制電路就用到它.

4、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路:在此電路中,串聯(lián)穩(wěn)壓管BG的基極被穩(wěn)壓二極管D鉗定在13V,那么其發(fā)射極就輸出恒定的12V電壓了.這個電路在很多場合下都有應(yīng)用

TVS器件按極性可分為單極性和雙極性兩種；按用途可分為通用型和專用型；按封裝和內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為軸向引線二極管、雙列直插TVS陣列、貼片式和大功率模塊等[1]。軸向引線的產(chǎn)品峰值功率可達(dá)400 W、500 W、600W、1500W和5 000W。其中大功率的產(chǎn)品主要用在電源饋線上，低功率產(chǎn)品主要用在高密度安裝場合。對于高密度安裝的場合，也可以選擇雙列直插和表面貼裝等封裝形式。

在選用TVS時，應(yīng)考慮以下幾個主要因素：

(1)若TVS有可能承受來自兩個方向的尖峰脈沖電壓(浪涌電壓)沖擊時，應(yīng)當(dāng)選用雙極性的，否則可選用單極性。

(2)所選用TVS的Vc值應(yīng)低于被保護(hù)元件的最高電壓。Vc是二極管在截止?fàn)顟B(tài)的電壓，也就是在ESD沖擊狀態(tài)時通過TVS的電壓，它不能大于被保護(hù)回路的可承受極限電壓，否則器件面臨被損壞的危險。

(3)TVS在正常工作狀態(tài)下不要處于擊穿狀態(tài)，最好處于VR以下，應(yīng)綜合考慮VR和VC兩方面的要求來選擇適當(dāng)?shù)腡VS。

(4)如果知道比較準(zhǔn)確的浪涌電流IPP，則可利用VCIpp來確定功率；如果無法確定IPP的大致范圍，則選用功率大些的TVS為好。PM是TVS能承受的最大峰值脈沖功率耗散值。在給定的最大箝位電壓下，功耗PM越大，其浪涌電流的承受能力越大；在給定的功耗PM下，箝位電壓VC越低，其浪涌電流的承受能力越大。另外，峰值脈沖功耗還與脈沖波形、持續(xù)時間和環(huán)境溫度有關(guān)。

(5)TVS所能承受的瞬態(tài)脈沖是不重復(fù)的，器件規(guī)定的脈沖重復(fù)頻率(持續(xù)時間與間歇時間之比)為0．01％。如果電路內(nèi)出現(xiàn)重復(fù)性脈沖，應(yīng)考慮脈沖功率的累積，不然有可能損壞TVS。

(6)對于小電流負(fù)載的保護(hù)，可有意識地在線路中增加限流電阻，只要限流電阻的阻值適當(dāng)，一般不會影響線路的正常工作，但限流電阻對干擾所產(chǎn)生的電流卻會大大減小。但這樣可能選用峰值功率較小的TVS管來對小電流負(fù)載線路進(jìn)行保護(hù)。

(7)電容量C是由TVS雪崩結(jié)截面決定的，這是在特定的1 MHz頻率下測得的。C的大小與TVS的電流承受能力成正比，C太大將使信號衰減。因此，C是數(shù)據(jù)接口電路選用TVS的重要參數(shù)。對于數(shù)據(jù)／信號頻率越高的回路，二極管的電容對電路的干擾越大，形成噪聲或衰減信號強(qiáng)度也大，因此，需要根據(jù)回路的特性來決定所選器件的電容范圍。高頻回路一般選擇電容應(yīng)盡量小(如LCTVS、低電容TVS，電容不大于3 pF)，而對電容要求不高的回路，電容的容量選擇可高于40 pF。

(8)為了滿足IEC61000-4-2國際標(biāo)準(zhǔn)，TVS二極管必須達(dá)到可以處理最小8 kV(接觸)和15 kV(空氣)的ESD沖擊，有的半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商在自己的產(chǎn)品上使用了更高的抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)。而對于某些有特殊要求的便攜設(shè)備應(yīng)用，設(shè)計者可以按需要挑選器件。