详解TVS二极管选型攻略

TVS全称是Transient Voltage Suppressor(瞬态电压抑制器)。当TVS两端经受瞬间的高压时，它能以极高的速度(P秒级)使其迅速降低。在此过程中，TVS会流过一个大电流，并将其两端的电压钳位在一个特定的数值上，以保护后面的器件免受高压冲击而损坏。

01TVS二极管特性介绍

TVS二极管，也称雪崩击穿二极管，是采用半导体工艺制成的单个PN结或多个PN结集成的电路保护器件。TVS管有单向和双向之分，单向TVS管主要应用在直流供电电路。双向TVS管主要应用在电压交变的电路。

TVS管内部芯片为半导体硅材料，体积小，高可靠性，同时响应速度快(为PS级)，箝位电压低、电压精准、性能可靠、不易劣化、使用寿命长等优点，因此被应用在对保护器件要求很高的场合之中，如汽车电子、照明、通信、工业控制等方面。

特性总结几点如下：

1.TVS二极管是在稳压管工艺基础上生产的，内部芯片为半导体硅材料，采用半导体工艺制成，可靠性高;

2.TVS二极管体积小、无损坏极限、响应速度快、瞬态功率大、漏电流低、箝位电压易控制;

3.TVS二极管电压精度高，击穿电压在百分之五上下的偏差;

4.工作电压范围从3.3v-600v，甚至更高;

5.TVS二极管在10/1000us波行下，瞬态功率可达200w到3000w，甚至更高;

6.TVS二极管封装形式多样化，立深鑫电子TVS二极管管封装有 SOD-323、SMA、SMB、SMC、DFN1006、SMD等;

02TVS参数详解

Ipp---Peak Pulse Current，TVS额定峰值电流，即可以承受的最大脉冲峰值电流，在10/1000uS(上升时间10us，持续时间1000us)的脉冲峰值电流下测得。

Vr(Vrwm)---Maximum voltage that can be applied to the TVS without operation，反向峰值工作电压。当工作电压大于Vrwm时，TVS反向漏电流会增大，影响电路正常工作。所以，选择TVS时，要使Vrwm大于工作电压。

Vbr(Breakdown Voltage)---Maximum voltage that flows though the TVS at a specified test current (IT)，反向击穿电压。TVS管通过规定的测试电流IT时的电压。表示TVS管导通的标志电压，即从此点开始，器件进入雪崩击穿。TVS管有一定的离散型，统一型号的管子，VBR会有比较小的差别。

Vc(Clamping Voltage)---Peak voltage measured across the TVS at a specified IPPM (peak impulse current),最大钳位电压(残压)。当持续时间为10/1000uS(上升时间10us，持续时间1000us)的脉冲峰值电流IPPM流过TVS时，在其两端出现的最大峰值电压为VC。最大钳位电压应小于被保护电路的损坏电压。

Pppm---Peak Pulse Power Dissipation，最大峰值脉冲功率。由脉冲宽度、最大钳位电压Vc和最大脉冲电流IPP决定，Pppm=Ipp*Vc。最大峰值脉冲功率越大，TVS所能承受的峰值脉冲电流愈大;另一方面，最大峰值脉冲功率确定以后，TVS能承受的峰值脉冲电流随着最大箝位电压VC的降低而增加。

Ir(Id)---Reverse Leakage Current,最大反向漏电流。当反向电压为Vr时，流过TVS的电流。

It---Test Current,测试电流。一般为1mA或10mA。

Vf---Forward Voltage Drop for Uni-directional,正向导通电压。

Cj---结电容。在防护高速信号的时候，需要考虑结电容的影响。

03与稳压二极管的区别

1.工作原理：

TVS管(瞬态电压抑制二极管)：雪崩效应，在高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立马降低到很低的导通值，允许最大电流通过，并将电压箝制到预定水平，从而避免电路中的精密元器件免受损坏。

稳压二级管(齐纳二极管)：齐纳隧道效应，当反向电压达到并超过稳定电压时，反向电流突然增大，而二极管两端电压恒定。

因此，TVS管通常情况下不工作不导通(不击穿)，此时对应的漏电流Ir比较小。而稳压管通常处于击穿状态，此时对应的反向的击穿电流相对较大。

2.性质：

TVS管可分为单极性和双极性，稳压二级管只有单向的。

在通流能力上，TVS管一般数十安培，最多能达到几百安，稳压管的通流能力很小。

TVS管用于瞬态电压保护，在稳压精度上是一个范围，但是有更强的高压承受能力，稳压管的电压精度比较精准，但是稳压范围比较小。

TVS管响应速度很快，可以达到ps级。

3.主要参数：

TVS管：Vbr、Vrwm、Vc、Ipp、Pppm。

稳压管：稳定电压(VZ)、稳定电流(IE)、动态电阻(RZ)、最大耗散功率(PZM)、最大/小稳定工作电流(IZmax/IZmin)、温度系数(AT)。

4.运用场景:

TVS管用于在短时间内吸收输入的瞬时过电压，并对输出电压进行有效钳位，待到瞬时脉冲结束后，TVS管又恢复到高阻状态，即不导通状态。

稳压管用于将输入电压嵌入到一个恒定电压，温压管处于持续的反相导通状态。

5.防护目的：

TVS管的钳位：保护后级芯片不遭受过电压损坏。

稳压管的钳位：给后级芯片提供稳定的电压。

04与ESD静电保护管的区别

ESD静电保护管与TVS管的工作原理相同，ESD管是由多个TVS管采用不同的布局设计成具有特定功能的单路或者多路保护器件。

1.应用电路:

ESD二极管一般用在关键数据接口(HDMIUSBETH总线等)上做静电保护，结电容比较低;

TVS管具有快速的响应能力与强大的浪涌吸收能力，多用于电源线上做防浪涌电压保护，结电容比较高。

2.引脚数量：

ESD管一般需要三个引脚(一个GPIO，一个电源+，一个电源-)。

TVS管与普通二极管引脚一样。

3.关键参数：

ESD管看的是ESD保护管抗静电等级LEVEL，TVS管看的是功率与封装形式

选型总结

最高工作电压：TVS二极管的截止电压要大于被保护电路的最高工作电压，同时还要综合考虑被保护电路的工作电压及后续电路的承受能力;

箝位电压：TVS二极管箝位电压要小于后级被保护电路最大可承受的瞬态安全电压，大多数tvs管的箝位电压与击穿电压及峰值脉冲电流都成正比。对于同一功率等级的TVS管，其击穿电压越高箝位电压也就越高;

TVS二极管功率选型：TVS管额定瞬态功率要大于电路中可能会出现的最大瞬态浪涌功率;

漏电流：在低功耗电路或高精度采集电路中，尤其要过关注漏电流情况。

结电容：对于同功率的TVS二极管管，其电压越低，电容值就越大，在一些通信线路中，要注意TVS二极管的结电容，不能影响电路正常工作。

封装形式：TVS二极管封装体积越小，功率也就小,具体还需要电子工程师根据电路设计、测试要求选择合适封装的TVS二极管。

审核编辑：汤梓红