晶扬电子课堂 TVS防护电路的典型应用

瞬态抑制二极管（TVS），亦称钳位二极管，是高效电路保护元件，外形似普通二极管，但能吸收高至数千瓦浪涌功率。其核心在于反向应用时，遇高能量脉冲，阻抗骤降至极低，快速导通大电流，同时将电压钳至预设水平，响应时间仅10-12毫秒，有效守护电子元件。TVS正向浪涌电流在特定条件下可达50～200A。双向TVS双向保护，适用于交流电路；单向则多用于直流。广泛用于防雷、过电压防护、抗干扰及浪涌吸收，是理想保护器件，其耐受能力以瓦特(W)衡量。

TVS（Transient Voltage Suppression）是一种限压保护器件，作用与压敏电阻很类似。也是利用器件的非线性特性将过电压钳位到一个较低的电压值实现对后级电路的保护。TVS管的主要参数有：反向击穿电压、最大钳位电压、瞬间功率、结电容、响应时间等。

TVS响应时间可达ps级，为限压型浪涌保护中最快，适用于电子电路过电压保护，响应迅速。其结电容分高、低两种，高者几百至几千pF，低者几至几十pF。分立式TVS结电容多偏高，表贴式则两者皆有。高频信号线路保护宜选低结电容TVS。

TVS管非线性优于压敏电阻，钳位电压上升慢，残压输出更理想，适合精细电子电路保护。其通流容量小，多用于末级精细保护，不适合交流电源保护，直流防雷需配合大通流器件。TVS管易集成，适合单板应用。

TVS可灵活选择单向或双向保护，单向TVS适用于单极性信号和直流电源，降低残压。设计时需关注反向击穿电压和通流容量，直流回路中应确保UBR≥(1.3～1.6)Umax，以保护电路。

TVS二极管常见应用

目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、交/直流电源、汽车、电子镇流器、家用电器、仪器仪表（电度表）、RS232/422/423/485、 I/O、LAN、ISDN 、ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、数字照相机的保护、共模/差模保护、RF耦合/IC驱动接收保护、电机电磁波干扰抑制、声频/视频输入、传感器/变速器、工控回路、继电器、接触器噪音的抑制等各个领域。

TVS器件的主要电参数

（1）击穿电压V(BR)

器件在发生击穿的区域内，在规定的试验电流I(BR)下，测得器件两端的电压称为击穿电压，在此区域内，二极管成为低阻抗的通路。

（2）最大反向脉冲峰值电流IPP

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。IPP与最大钳位电压VC(MAX)的乘积，就是瞬态脉冲功率的最大值。

使用时应正确选取TVS，使额定瞬态脉冲功率PPR大于被保护器件或线路可能出现的最大瞬态浪涌功率。

TVS二极管的分类

TVS器件分单极性和双极性，通用型和专用型，如交流电压保护器、电流环保器等。封装形式多样，包括轴向引线、TVS阵列、贴片式、组件式及大功率模块式等。

TVS二极管的特点

（1）将TVS二极管加在信号及电源线上，能防止微处理器或单片机因瞬间的肪冲，如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。

（2）静电放电效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲，并能持续10ms；而一般的TTL器件，遇到超过30ms的10V脉冲时，便会导至损坏。利用TVS二极管，可有效吸收会造成器件损坏的脉冲，并能消除由总线之间开关所引起的干扰（Crosstalk）。

（3）将TVS二极管放置在信号线及接地间，能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响。

TVS的选用技巧

（1）确定被保护电路的最大直流或连续工作电压、电路的额定标准电压和“高端”容限。

（2）TVS额定反向关断VWM应大于或等于被保护电路的最大工作电压。若选用的VWM太低，器件可能进入雪崩或因反向漏电流太大影响电路的正常工作。串行连接分电压，并行连接分电流。

（3）TVS的最大钳位电压VC应小于被保护电路的损坏电压。

（4）在规定的脉冲持续时间内，TVS的最大峰值脉冲功耗PM必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。在确定了最大钳位电压后，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。

（5）对于数据接口电路的保护，还必须注意选取具有合适电容C的TVS器件。

（6）根据用途选用TVS的极性及封装结构。交流电路选用双极性TVS较为合理；多线保护选用TVS阵列更为有利。

（7）TVS工作温宽－55℃至+150℃。温度变时，反向漏电流增，功耗减，击穿电压增。需查阅产品资料，考虑温度对性能的影响。

TVS二极管选择要点：

1）VBR（最小击穿电压）：25℃下，低于VBR不雪崩。1mA电流时测VBR，分5%和10%离散度，影响VWM值。

2）需满足IEC61000-4-2标准，至少抗8kV接触、15kV空气ESD冲击，部分产品标准更高。

3）VWM（额定反向切断电压）应≥被保护电路工作电压，且接近以避免过压。在VWM下，TVS反向切断，漏电流≤ID（最大反向漏电流）。

4）VC（最大钳位电压）与IPP（最大峰值脉冲电流）反映突波抑制能力。VC≤被保护回路极限电压，以防元件损伤。钳位因子VC/VBR约1.2~1.4。

5）Pppm基于最大截止电压与峰值脉冲电流。手持设备常用500W TVS。PM越大，突波电流承受力越强；VC越低，同PM下承受力也强。考虑脉冲波形、时长、环境温。TVS不耐重复脉冲，重覆频率低，重复脉冲需防累积损坏。

6）C（电容器量）与电流承受力正相关，大C致信号衰减。高频回路选小C（≤3pF），低频回路可选大C（>40pF），以减干扰。

晶扬电子主要产品包括ESD、TVS、LED显示驱动芯片、MOS管、二三极管、电源管理芯片、通用型及高精度电压基准芯片、垂直及平面型&高精度霍尔传感器IC、高精度OPA、马达及电机驱动IC、接口（485等）芯片等模拟IC、数模混合IC等产品；涉及的应用领域有：电脑/笔记本、机顶盒、电视、网络通信、手机、平板、智能穿戴、安防监控、家电、工控、新能源汽车、车载、TWS、电动工具等。

审核编辑 黄宇