TVS管的应用介绍

一、TVS管的介绍

（1）TVS是干精细活的防护器件，主要应用于ESD、7637、浪涌等EOS的防护等；

（2）瞬态电压抑制具有极快的响应时间（亚纳秒级）和相当高的浪涌吸收能力；

（3）不导通阶段--处于关断状态呈现高阻抗：电流变化很小，电压不断上升；

（4）导通阶段-浪涌冲击电压从高阻抗转变为地阻抗吸收浪涌功率：电压上升、电流上升；

（5）前卫阶段：电压上升缓慢、电流急剧上升；

（6）各类防护器件比较：

二、TVS管的参数

1、工作原理：

（1）0-Vrwm：TVS管与电路并联使用，在电路工作电压时TVS管处于关断呈现高阻抗；

（2）Vbr阶段：在浪涌电压的作用下，TVS管的电压有额定反向关断电压上升到击穿电压而被击穿；

（3）Vc阶段：随着击穿电流的出现，流过TVS管的电流将达到峰值脉冲电流，同时爱其两端的电压被前卫到预定的最大前卫电压以下；

（4）其后，随着脉冲电流按指数衰减，TVS两极间的电压也不断下降，最后恢复到初态，这就是TVS管抑制可能出现的浪涌脉冲干扰，保护电路的过程。

（5）TVS管相关参数

Vrwm：可承受电压，反向关断电压

Irwm：在工作电压下测得的流过TVS管的最大电流；---工作电压的静态功耗问题

Vbr：击穿电压：当IR达到1mA时的最大工作电压，此时TVS管的阻抗骤然降低，处于雪崩击穿转态；

VC：最大钳位电压：当TVS管承受瞬态高能量冲击时，管子中流过过大电流，峰值电流IPP，端电压有VBR上升到VC值就不在上升了，从而实现了保护作用；

Cj：结电容，信号端口需要考虑：测试条件是在1MHZ频率下测得的；

三、TVS管的选型

1、TVS管的反向关断电压VRWM与最大工作电压关系如下：

直流供电：V RWM ≥V工作

交流供电：V RWM ≥V 工作 *1.414

2、浪涌测试的TVS管的选型----考虑温度降额

3、TVS管的功率换算：

以TPSMB36A 为例

给的功率是在10/1000us的PPM功率，当测试ESD的测试时，ESD的测试脉冲波形为30ns，就是说找到对应的脉宽，与其对应的PPM，看是否符合要求；

4、信号的TVS管结电容的选型

一定要注意传输信号频率或传输速率。当信号频率或传输速率较高时，营选用 低电容系列的关系，TVS管结电容容值限制与信号传输速率对应关系如图：

工作的频率不能超过其对应的容值。

四、TVS管的应用

1、当低电容系列不满足要求时，应通过串联高速二极管组成的桥电路降低电容

2、芯片ESD的防护

在信号接口进行浪涌或静电防护设计时，如果TVS的残压 过高，导致芯片不能承受时，可以在TVS后面信号上串联电阻进行，从而降低芯片上所到的残压

当TVS管的钳位电压选择最小的型号，也不能满足芯片或IC的工作电压时：

（1）VRWM≥5V

（2）VC=VR+V芯片

3、在信号接口进行浪涌防护设计时，如果TVS功率不够时，可以采用前面加功率电阻（或者PTC）进行分压限流，从而降低TVS管上所承受瞬态能量。

当TVS管的前端泄放电流很大时，TVS管无法承受时，可以在其前端增加功率电阻降低TVS管承受的IPP电流

（1）V/Rs＞IPP电流时

（2）V/（Rs+R）来满足TVS管的IPP；

4、在信号接口进行浪涌防护设计时，如果雷电能量特别大时，这时可以采取压敏电阻+退耦电感+TVS管方式进行；

UTVS管的残压+U电感≥u

U电感=L*di/dt i时0-IMAX t：V的上升时间

5、在电源接口进行浪涌防护设计时，如果雷电能量特别大时，这时可以采取压敏电阻+退耦电感+TVS管方式进行；

UTVS管的残压+U 电感 ≥u压敏电阻的电压（大电流电压）

U 电感 =L*di/dt i时0-IMAX t：V的上升时间

五、PCB应用中的注意事项

1、防护器件靠近接口位置

2、防护器件靠近接口位置，走线需要短，尤其是信号的ESD防护器件

3、接口进行ESD防护设计，TVS管防护器件到信号走线以及GND的PCB走线需要尽可能地短，案例分析：

图中看书TVS地两端已经是90V，如果TVS管的千位电压为10V，那施加在IC上的电压就是90+10=100V，此时就失去了TVS管的作用。

4、其中雷击测试中，较为常见的PCB走线宽度：

5、DC24V的端口防护：7637-5a

6、232接口防护：

7、USB3.0接口防护

D3D4需要结电容很小；

8、POE接口

D1与 V1共模对滴防护

差模防护：TVS5用作电源防护，后加压敏电阻（精细+粗略）

TVS1-TVS4在查分线上注意结电容的大小；

9、浪涌测试的TVS管的选型----考虑温度降额

当产品长时间处于某一温度时，需要考虑温度对TVS管带来的降额问题；