TVS二极管的工作原理与选型指南

TVS怎么选?

选型不懂怎么办?

有技巧吗?

很多人都很懵圈

超实用的TVS选型干货来了

专为你指点迷津

一、TVS工作原理

TVS(Transient Voltage Suppressors)，即瞬态电压抑制器，又称雪崩击穿二极管。它是采用半导体工艺制成的单个 PN 结或多个 PN 结集成的器件。TVS 有单向与双向之分，单向 TVS 一般应用于直流供电电路，双向 TVS 应用于电压交变的电路。应用于直流电路时单向 TVS 反向并联于电路中，当电路正常工作时，TVS 处于截止状态(高阻态)，不影响电路正常工作。当电路出现异常过电压并达到TVS(雪崩)击穿电压时，TVS 迅速由高电阻状态突变为低电阻状态，泄放由异常过电压导致的瞬时过电流到地，同时把异常过电压钳制在较低的水平，从而保护后级电路免遭异常过电压的损坏。当异常过电压消失后，TVS 阻值又恢复为高阻态。

二、TVS选型过程

选择TVS之前，我们首先要明白选择的终极目标：

1.电压合适能保护后级电路;

2.引入的TVS的结电容不能影响电路;

3.TVS功率余量充足，满足测试标准，且不能比保险管先挂。选型的过程可以按照以下的步骤进行：

(1) 选择TVS最高工作电压Vrmw;

(2) 选择TVS钳位电压VC;

(3) 选择TVS的功率;

(4) 评估漏电流IR的影响;

(5) 评估结电容的影响;

选择TVS最高工作电压Vrmw;

在电路正常工作情况下，TVS 应该是不工作的，即处于截止状态，所以 TVS 的截止电压应大于被保护电路的最高工作电压。这样才能保证 TVS 在电路正常工作下不会影响电路工作。但是 TVS 的工作电压高低也决定了 TVS 钳位电压的高低，在截止电压大于线路正常工作电压的情况下，TVS 工作电压也不能选取的过高，如果太高，钳位电压也会较高，所以在选择 Vrwm 时，要综合考虑被保护电路的工作电压及后级电路的承受能力。要求Vrwm要大于工作电压，否则工作电压大于Vrwm会导致TVS反向漏电流增大，接近导通，或者雪崩击穿，影响正常电路工作。综合考虑，Vrwm可以参考以下的公式：

Vrwm≈1.1~1.2*VCC ;--------其中VCC为电路的最高工作电压。

B、选择选择TVS钳位电压VC;

TVS 钳位电压应小于后级被保护电路最大可承受的瞬态安全电压，VC 与 TVS 的雪崩击穿电压及 IPP 都成正比。对于同一功率等级的 TVS，其击穿电压越高 VC 也越高，所选TVS的最大箝位电压Vc不能大于被防护电路可以承受的最大电压。否则，当TVS钳在Vc时会对电路造成损坏。Vc可以参考以下的公式：

VC

选择TVS的功率Pppm(或者Ipp);

TVS 产品的额定瞬态功率应大于电路中可能出现的最大瞬态浪涌功率，理论上，TVS的功率越大越好，能够承受更多的冲击能量和次数，但是功率越高，TVS的封装越大，价钱也越高，所以，TVS的功率满足要求即可。对于不同功率等级的 TVS，相同电压规格的 TVS 其 VC 值是一样的，只是 IPP 不同。故 Pppm 与 Ippm成正比，Ippm 越大，Pppm 也越大。对于某一电路 ，有对应的测试要求，设实际电路中的最大测试电流为 Iactual ，则 Iactual 可估算为：

Iactual=Uactual/Ri;---------其中 Uactual 为测试电压，Ri为测试内阻。

TVS 要通过测试，故实际电路中要求 10/1000μs 波形下 TVS 的最小功率 Pactual 为：-------其中di/dt为波形转换系数，如实际测试波形为其他波形，如 8/20μs波形，建议di/dt取，如测试波形为 10/1000μs，取，实际选型中，TVS 应留有一定的裕量，TVS 的功率Pppm 选择应遵循Pppm>Pactual。

D、根据所选的TVS的结电容和漏电流评估影响

如果TVS 用在高速IO端口防护、模拟信号采样、低功耗设备场合，就需要考虑结电容和漏电流的影响，两则的参数越小越好。

三、TVS选型距离

数据都是无趣的，我们以实际的案例举例。电路的正常工作电压VCC是24V，最高工作电压Vmax是26V,后级电路可承受的最高瞬态电压为50V，实验的测试波形为 8/20μs波形，测试电压500V，测试电源内阻及PPTC的静态电阻合计为2Ω。根据上述信息选择合适的TVS。

1) 选择TVS最高工作电压

Vrmw≈1.1~1.2*VCC=26~28V

2) 选择选择TVS钳位电压

VC

3) 计算实际测试波形功率：

Pactual=Vc**=50*(500/3)*1/2=4166W

根据计算结果，可以选用5.0SMDJ26A这个TVS，由于这个TVS用在电源端口，结电容和漏电流基本可以忽略不计。

责任编辑:tzh