瞬态抑制二极管（TVS）的选择和应用

瞬态抑制二极管的原理就是在反向作用条件下，当陈述一个高能量的大脉冲时，其工作阻抗立即降至极低的导通至从而允许大电流通过，同时把电压钳制在预定水平，在这里导通后阻抗降低。注意这样做只是降低到一个很小的值，并不是短路。

20、瞬态抑制二极管（TVS）的选择和应用

• 简介
  • 瞬态抑制二极管，也是极其重要的一类防护器件，应用非常多，主要是用在静电，浪涌等防护场合，瞬态抑制二极管，是二极管的一种
  • 常见的贴片TVS和同轴引线TVS
  • 阵列TVS和ESD器件，主要用在高速电路防护，结电容小
  • 这个是大功率新型 TVS，咋一看以为压敏，这种 TVS 功率很大，可以取代压敏电阻，响应更快，器件也更可靠，但成本很高
• 工作原理
  • 通二极管，具有单向导电特性，正向导通，反向截止，但是反向电压，达到二极管反向击穿电压时二极管就雪崩击穿，电压再增大，二极管就损坏了； 瞬态抑制二极管，也是利用了二极管反向击穿的特性，只不过，瞬态抑制二极管在雪崩击穿后，把电压维持在了一个稳定值，不像二极管电压可能还增大
  • 瞬态抑制二极管原理就是，在反向应用条件下，当承受一个高能量的大脉冲时，其工作阻抗立即降至极低的导通值，从而允许大电流通过，同时把电压钳制在预定水平，在这里，导通后阻抗降低，注意阻抗只是降低到一个很小的值，并不是短路，所以，它可以把电压箝位。
  • 箝位之后，把电压降低到后级器件能承受的电压，使得后级电路得到保护当浪涌过后，TVS又恢复至高阻态，电路又正常工作
• 伏安特性
  • 单向 TVS
    • 单向 TVS 主要用在单端信号电路，并联在电路线地之间，进行保护
    • 单向TVS反向并联在线-地之间，在正常工作电压情况下,TVS关断，流电流极小，但是，当加在 TVS 两端的电压超过关断电压 Vwm 时，TVS 即将导通，当电压继续增大，到反向击穿电压 Vbr 时，TVS 完全导通，此时电流急剧增大最终，TVS 将电压箝位到 Vc，保持不变，此时通过的电流就是峰值电流Ipp
  • 双向 TVS
    • 双向 TVS 一般应用在平衡电路中进行保护，形式上相当于把两个单向TVS反向串联
    • 特性了单向的相同，不再赘述
• 参数介绍
  • 反向关断电压Vwm
    • 反向关断电压 VRWM，是 TVS 反向工作时，在规定的 IR 下，器件两端的电压值，此时二极管为不导通状态，即关断状态，也即测试时，规定达到漏电流IR时，测得TVS两端的电压 应用时,应使VRWM不低于被保护器件或线路的正常工作电压，注意工作电压一定要小于TVS关断电压，否则，TVS在工作状态就会响应
  • 反向漏电流
    • 它是指当最大反向工作电压施加到TVS上时,TVS管有一个漏电流IR，一般TVS都会有10-100μA的反向漏电电流。
  • 反向击穿电压VBR
    • 也就是TVS的响应电压，动作电压， 反向击穿电压在这个电压的时候，TVS 完全导通了，而工作电压大于关断电压时，TVS只是要开始导通还没有完全导通！ 反向击穿电压VBR是指当TVS流过规定的1mA电流（IR）时,测得的TVS两极间的电压，VBR是TVS最小的雪崩电压。 这里以流过1mA漏电流为评判标准，小于反向击穿电压，TVS是不导通的,当瞬态电压超过VBR,瞬态抑制二极管便产生崩溃把瞬态电压抑制在某个水平
  • 钳位电压VC(max)
    • 伏安特性图里面是这个TVS的箝位电压，到这个电压时，TVS两端电压就稳定了 最大箝位电压VC(max)是指在脉冲峰值电流Ipp作用下,器件两端的最大电压值。 使用时要注意，一定要使得 VC(max)不高于被保护器件的最大允许安全电压，否则防护也失去了意义！
  • 结电容
    • 防护器件都有分布电容，它会对高频信号产生影响，所以一定要关注这个指标 一般TVS结电容大概在pf级别，处于GDT和MOV之间，高速电路使用要注意
  • 最大的峰值脉冲电流IPP
    • 也就是TVS的通流容量，是指在反向工作时,在规定的脉冲条件下,器件允许通过的最大脉冲峰值电流 TVS通流量一般采用10/1000μs的指数波作为标称测试波形，所以，这个波形相对于我们经常测试的浪涌组合波，1.2/50us&8/80us，能量要更大 一般，预估5倍的关系，比如，TVS规格书，标称通流容量30A，实际，浪涌组合波，TVS可以达到150A的通流容量。
  • 反向脉冲峰值功率
    • 我们看TVS规格型号时，一般SMAJ，SMBJ等等，就代表了 TVS的功率，或者轴向插装的大功率TVS，上面1.5K，5K等，就代表了它的功率 反向脉冲峰值功率PPR，取决于TVS的脉冲峰值电流IPP和最大箝位电压VC,是他们的乘积，除此以外,还和脉冲波形、脉冲时间及环境温度有关
• TVS管与稳压管
  • 疑问
    • 稳压管，TVS管都可以稳定电压，那么，他们能否相互替换？
  • 区别
    • 稳压管 稳压管，一般我们并联在电源上，为电源稳压的，防止电网上电压波动，导致负载电压变化，加了稳压管，负载的电压就可以保持恒定
    • 瞬态抑制二极管TVS 我们一般是用来瞬态电压保护的，避免瞬态电压导致后级电路损坏。
    • 电路并联TVS，可以抑制瞬态电压，把瞬态电压箝位到后级电路或器件可以承受的水平，所以，从稳压管和TVS管功能作用上来说，是不同的，两码事
    • 1、响应速度，TVS 是抑制瞬态，响应速度肯定很快，漏电流超过一定值就导通。稳压管，只有电网电压大于稳定电压才响应，所以响应也慢
    • 2、通流能力上来讲，TVS 抑制瞬态雷击浪涌，瞬态通流能力肯定也大，稳压二极管只是防电压波动，通流能力也小。
    • 3、所需的击穿电流来讲，TVS漏电流10uA就导通，稳压管一导通远大于10uA，所以，击穿电流稳压管肯定更大。
    • 4、功率来讲，一般稳压管功率都是几瓦，而 TVS 上百上千瓦，所以 TVS 功率更大，当然这个功率是瞬态的功率。
    • 5、稳压精度，TVS导通后，电压持续增大到箝位电压才保持稳定，而稳压管，一导通电压就保持稳定了，所以，稳压管稳压精度要比TVS高。
  • 伏安特性曲线
    • 稳压管伏安特性曲线，反向导通，电压直接精准箝位，几乎不变， 只是电流增大
    • TVS伏安特性曲线，反向导通后电压还在持续增加直至箝位值
• 问答
  • 问：电压大于Vrwm，Vbr哪个开始TVS导通？ 答：开始导通是大于关断电压时，完全导通是击穿电压时。
  • 问：TVS管主要是用来防ESD的吗，还是说也可以用在浪涌，EFT上？ 答：ESD和浪涌都可以，EFT不推荐，脉冲个数那么多，反复导通会失效。
  • 问：电容大小是GDT＜TVS＜MOV吗？ 答：是的。