TVS二极管的主要参数与选型

TVS二极管的主要参数--转载

处理瞬时脉冲对器件损害的最好办法是将瞬时电流从敏感器件引开。TVS二极管在线路板上与被保护线路并联，当瞬时电压超过电路正常工作电压后，TVS二极管便发生雪崩，提供给瞬时电流一个超低电阻通路，其结果是瞬时电流通过二极管被引开，避开被保护器件，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，整个回路进入正常电压。许多器件在承受多次冲击后，其参数及性能会发生退化，而只要工作在限定范围内，二极管将不会发生损坏或退化。

从以上过程可以看出，在选择TVS二极管时，必须注意以下几个参数的选择：

    1. 最小击穿电压VBR和击穿电流I_R。VBR是TVS最小的击穿电压，在25℃时，低于这个电压TVS是不会发生雪崩的。当TVS流过规定的1mA电流(I_R)时，加于TVS两极的电压为其最小击穿电压V_BR。按TVS的V_BR与标准值的离散程度，可把V_BR分为5%和10%两种。对于5%的V_BR来说，V_WM=0.85VBR；对于10%的V_BR来说，V_WM=0.81VBR。为了满足IEC61000-4-2国际标准，TVS二极管必须达到可以处理最小8kV(接触)和15kV(空气)的ESD冲击，有的半导体生产厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。对于某些有特殊要求的便携设备应用，设计者可以按需要挑选器件。

 

    2. 最大反向漏电流ID和额定反向关断电压V_WM。V_WM这是二极管在正常状态时可承受的电压，此电压应大于或等于被保护电路的正常工作电压，否则二极管会不断截止回路电压；但它又需要尽量与被保护回路的正常工作电压接近，这样才不会在TVS工作以前使整个回路面对过压威胁。当这个额定反向关断电压V_WM加于TVS的两极间时它处于反向关断状态，流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流ID。

 

    3. 最大箝位电压V_C和最大峰值脉冲电流I_PP。当持续时间为20mS的脉冲峰值电流I_PP流过TVS时，在其两端出现的最大峰值电压为V_C。V_C、I_PP反映了TVS的浪涌抑制能力。V_C与VBR之比称为箝位因子，一般在1.2~1.4之间。VC是二极管在截止状态提供的电压，也就是在ESD冲击状态时通过TVS的电压，它不能大于被保护回路的可承受极限电压，否则器件面临被损伤的危险。

 

    4. P_ppm额定脉冲功率，这是基于最大截止电压和此时的峰值脉冲电流。对于手持设备，一般来说500W的TVS就足够了。最大峰值脉冲功耗P_M是TVS能承受的最大峰值脉冲功耗值。在给定的最大箝位电压下，功耗P_M越大，其浪涌电流的承受能力越大。在给定的功耗P_M下，箝位电压V_C越低，其浪涌电流的承受能力越大。另外，峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且，TVS所能承受的瞬态脉冲是不重复的，器件规定的脉冲重复频率(持续时间与间歇时间之比)为0.01%。如果电路内出现重复性脉冲，应考虑脉冲功率的累积，有可能损坏TVS。

 

    5. 电容量C。电容量C是由TVS雪崩结截面决定的，是在特定的1MHz频率下测得的。C的大小与TVS的电流承受能力成正比，C太大将使信号衰减。因此，C是数据接口电路选用TVS的重要参数。电容对于数据/信号频率越高的回路，二极管的电容对电路的干扰越大，形成噪声或衰减信号强度，因此需要根据回路的特性来决定所选器件的电容范围。高频回路一般选择电容应尽量小(如LCTVS、低电容TVS，电容不大于3pF)，而对电容要求不高的回路电容选择可高于40pF。

 

注：TVS的选型
    最大箝位电压VC要小于电路允许的最大安全电压。
    截止电压VRWM大于电路的最大工作电压，一般可以选择VRWM等于或者略大于电路的最大工作电压。
    额定的最大脉冲功率（TVS参数中给出） PM要大于最大瞬态浪涌功率。

 

直流电中选用举例：
    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，T_P=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V_RWM为13V，则击穿电压 ：

    V_(BR) =V_RWM /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和最在峰值电流IP计算出方波脉冲功率：

    P_PR=V_C×I_P=20×50=1000W  

4、计算折合为T_P=1MS指数波的峰值功率，折合系数K1=1.4，
 
    P_PR=1000W÷1.4=715W

 

    从手册中可查到1N6147A其中P_PR=1500W，变位电压V_RWM=12.2V，击穿电压V_(BR)=15.2V，最大箝位电压Vc=22.3V，最大浪涌电流I_P=67.3A。可满足上述设计要求，而且留有一倍的余量，不论方波还是指数波都适用。

 

交流电路应用举例：
      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。交流是电网电压，这里产生的瞬变电压是随机的，有时还遇到雷击（雷电感应产生的瞬变电压）所以很难定量估算出瞬时脉冲功率P_PR。但是对最大反向工作电压必须有正确的选取。一般原则是交流电压乘1.4倍来选取TVS管的最大反向工作电压。直流电压则按1.1—1.2倍来选取TVS管的最大反向工作电压V_RWM。
 
图2-8给出了一个微机电源采用TVS作线路保护的原理图，由图可见：

1.  在进线的220V~处加TVS管抑制220V~交流电网中尖峰干扰。
2.  在变压器进线加上干扰滤波器，滤除小尖峰干扰。
3.  在变压输出端V~=20V处又加上TVS管，再一次抑制干扰。
4.  到了直流10V输出时还加上TVS管抑制干扰。

其中：双向TVS管D1的V_RWM=220V~×1.4=308V左右  
双向TVS管D2的V_RWM=20V~×1.4=28V左右  
单向TVS管D3的V_RWM=10V~×1.2=12V左右
 
      经过如上四次抑制，变成所谓的“净化电源”，还可以加上其它措施，更有效地抑制干扰，防止干扰进入计算机的CPU及存贮器中，从而提高微机系统的应用可靠性。 
      从失效统计概率可知：微机系统产生100次故障，其中90次来自电源，10次是微机本身，可见电源的可靠性最重要，要提高整机可靠性，首先应提高电源的可靠性。