瞬態(tài)電壓抑制器是一種二極管形式的高效能保護(hù)器件,，具有極快的響應(yīng)時(shí)間和相當(dāng)高的浪涌吸收能力,。當(dāng)TVS的兩端受到反向瞬態(tài)過壓脈沖時(shí)，能以極 高的速度把兩端間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，以吸收瞬間大電流,，并將電壓箝制在預(yù)定數(shù)值，從而有效保護(hù)電路中的元器件免受損壞,。本文講述了TVS器件的主要特性 參數(shù)和選用注意事項(xiàng),，同時(shí)給出了TVS在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法。
1 TVS器件的特性及主要參數(shù)
1.1 TVS的器件特性
在規(guī)定的反向應(yīng)用條件下,，TVS對(duì)受保護(hù)的線路呈高阻抗?fàn)顟B(tài),。當(dāng)瞬間電壓超過其擊穿電壓時(shí)，TVS就會(huì)提供一個(gè)低阻抗的路徑,，并通過大電流方式 使流向被保護(hù)元器件的瞬間電流分流到TVS二極管,，同時(shí)將受保護(hù)元器件兩端的電壓限制在TVS的箝制電壓。當(dāng)過壓條件消失后,，TVS又恢復(fù)到高阻抗?fàn)顟B(tài),。 與陶瓷電容相比，TVS可以承受15 kV的電壓,，但陶瓷電容對(duì)高壓的承受能力比較弱。5 kV的沖擊就會(huì)造成約10％陶瓷電容失效,，而到10 kV時(shí),，其損壞率將高達(dá)到60％,。
1.2 TVS器件的主要參數(shù)
(1)最小擊穿電壓VBR
當(dāng)TVS流過規(guī)定的電流時(shí)，TVS兩端的電壓稱為最小擊穿電壓,，在此區(qū)域,，TVS呈低阻抗的通路。在25℃時(shí),，低于這個(gè)電壓,，TVS是不會(huì)發(fā)生雪崩擊穿的。
(2)額定反向關(guān)斷電壓VWM
VWM是TVS在正常狀態(tài)時(shí)可承受的電壓,，此電壓應(yīng)大于或等于被保護(hù)電路的正常工作電壓,。但它又需要盡量與被保護(hù)電路的正常工作電壓接近，這樣 才不會(huì)在TVS工作以前使整個(gè)電路面對(duì)過壓威脅,。按TVS的VBR與標(biāo)準(zhǔn)值的離散度,，可把VBR分為5％和10％兩種，對(duì)于5％的VBR來 說,，VWM=0.85VBR腿,；而對(duì)于10％的VBR來說，VWM=0.81VBR,。
(3)最大峰值脈沖電流IPP
Ipp是TVS在反向狀態(tài)工作時(shí),，在規(guī)定的脈沖條件下，器件允許通過的最大脈沖峰值電流,。
(4)箝位電壓Vc
當(dāng)脈沖峰值電流Ipp流過TVS時(shí),，其兩端出現(xiàn)的最大電壓值稱為箝位電壓Vc。Vc和Ipp反映了TVS的浪涌抑制能力,。通常把Vc與VBR之 比稱為箝位因子(系數(shù)),，其值一般在1.2～1.4之間。實(shí)際使用時(shí),，應(yīng)使Vc不大于被保護(hù)電路的最大允許安全電壓,，否則被保護(hù)器件將面臨被損壞的可能。
(5)最大峰值脈沖功耗PM
PM通常是最大峰值脈沖電流Ipp與箝位電壓Vc的乘積,，也就是最大峰值脈沖功耗,。它是TVS能承受的最大峰值脈沖功耗值。在給定的最大鉗位電 壓下,，功耗PM越大,，其浪涌電流的承受能力越大。另外,，峰值脈沖功耗還與脈沖波形,、脈沖持續(xù)時(shí)間和環(huán)境溫度有關(guān)。而且，TVS所能承受的瞬態(tài)脈沖是不可重 復(fù)施加的,。
(6)電容量C
TVS的電容是由其硅片的截面積和偏置電壓來決定的,，它是在1 MHz特定頻率下測得的。C的大小與TVS的電流承受能力成正比,，C太大,，將使信號(hào)衰減。因此,，電容C是數(shù)據(jù)接口電路選用TVS的重要參數(shù),。
(7)漏電流IR
IR是最大反向工作電壓施加到TVS上時(shí)，TVS管的漏電流,。當(dāng)TVS用于高阻抗電路時(shí),，這個(gè)漏電流IR一個(gè)重要參數(shù)。
2選用TVS的注意事項(xiàng)
在選用TVS時(shí),，根據(jù)電路的具體情況,，一般應(yīng)考慮以下幾個(gè)主要因素：
首先，由于雙向TVS可以在正反兩個(gè)方向吸收瞬時(shí)大脈沖功率,，并把電壓箝制到預(yù)定水平,。因此，若電路有可能承受來自兩個(gè)方向的浪涌電壓沖擊時(shí),， 應(yīng)當(dāng)選用雙向TVS,。雙向TVS一般適用于交流電路，單向TVS一般用于直流電路,。另外,，箝位電壓Vc不大于被保護(hù)電路的最大允許安全電壓。
其次,，就是最大峰值脈沖功耗PM必須大于電路中出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌功率,。但是，在實(shí)際應(yīng)用過程中,，浪涌有可能重復(fù)地出現(xiàn),，在這種情況下，即使單 個(gè)的脈沖能量比TVS器件可承受的脈沖能量要小得多,，但是,，如果重復(fù)施加，這些單個(gè)的脈沖能量積累起來,，也可能在某些情況下超過TVS器件所能承受的脈沖 能量,。因此，在電路設(shè)計(jì)時(shí),，必須在這點(diǎn)上認(rèn)真考慮并選用合適的TVS器件,，以使其在規(guī)定的間隔時(shí)間內(nèi),，重復(fù)施加脈沖能量的累積不至于超過TVS器件的脈沖 能量額定值。
第三,，在實(shí)際應(yīng)用過程中,，對(duì)最大反向工作電壓必須有正確的選取，一般原則是以交流電壓的1.4倍來選取TVS管的最大反向工作電壓,。直流電壓則按1.1～1.2倍來選取TVS管的最高反向工作電壓。
3 TVS在電路設(shè)計(jì)中的典型應(yīng)用
在實(shí)際的應(yīng)用電路中,，處理瞬時(shí)脈沖對(duì)器件損害的最好辦法,，就是將瞬時(shí)電流從敏感器件引開。為達(dá)到這一目的,，將TVS在線路板上與被保護(hù)線路并 聯(lián),。這樣，當(dāng)瞬時(shí)電壓超過電路正常工作電壓后,，TNS將發(fā)生雪崩擊穿,，從而提供給瞬時(shí)電流一個(gè)超低阻抗的通路，其結(jié)果是瞬時(shí)電流通過TVS被引開,，從而避 開被保護(hù)器件,，并且在電壓恢復(fù)正常值之前使被保護(hù)回路一直保持截止電壓。在此之后,，當(dāng)瞬時(shí)脈沖結(jié)束以后,，TVS二極管再自動(dòng)恢復(fù)至高阻狀態(tài)，整個(gè)回路進(jìn)入 正常電壓狀態(tài),。以下是TVS在電路應(yīng)用中的幾個(gè)典型實(shí)例,。
3.1 TVS在交流電路中的應(yīng)用
圖1所示是一個(gè)雙向TVS在交流電路中的應(yīng)用電路。應(yīng)用TVS可以有效地抑制電網(wǎng)帶來的過載脈沖,，從而起到保護(hù)整流橋及負(fù)載中所有元器件的作用,。圖1中的TVS箝位電壓應(yīng)不大于電路的最大允許電壓。
3.2用TVS保護(hù)直流穩(wěn)壓電源
圖2是一個(gè)直流穩(wěn)壓電源,，在其穩(wěn)壓輸出端加上TVS,，可以保護(hù)使用該電源的儀器設(shè)備，同時(shí)還可以吸收電路中晶體管的集電極到發(fā)射極間的峰值電壓,，從而保護(hù)晶體管,。建議在每個(gè)穩(wěn)壓源的輸出端增加一個(gè)TVS管，這樣可以大幅度地提高整機(jī)的可靠性,。
3.3用TVS保護(hù)晶體管電路
各種瞬變電壓能使晶體管的EB結(jié)或CE結(jié)擊穿而損壞,，特別是晶體管集電極有感性(線圈、變壓器,、電動(dòng)機(jī))負(fù)載時(shí),，通常會(huì)產(chǎn)生高壓反電勢,，因而可能使晶體管損壞。在實(shí)際應(yīng)用中,，建議采用TVS作為保護(hù)器件,。圖3所示為TVS保護(hù)晶體管的四種電路實(shí)例。
3.4集成電路的保護(hù)
由于現(xiàn)代IC的集成度越來越高,，而其耐壓則越來越低,，因而很容易受到瞬變電壓的沖擊而損壞，故須采取保護(hù)措施,。通常在CMOS電路的輸入端及輸 出端都有保護(hù)網(wǎng)路,，為了可靠起見，在各整機(jī)對(duì)外接口處也增加了各種保護(hù)網(wǎng)絡(luò),。圖4給出了用TVS對(duì)TTL及CMOS器件進(jìn)行保護(hù)的有關(guān)電路措施,。
3.5用TVS保護(hù)集成運(yùn)放
集成運(yùn)放對(duì)外界電應(yīng)力非常敏感。因此,，在使用運(yùn)放的過程中,，如果因操作失誤或采取了不正常的工作條件，往往會(huì)出現(xiàn)過大的電壓或電流,，特別是浪涌和靜電脈沖,，從而很容易使運(yùn)放受損或失效。圖5所示是用TVS在運(yùn)放差模輸入端防止過壓損傷的保護(hù)電路,。
4結(jié)束語
本文主要講述了TVS器件的特性和主要參數(shù),，以及選用器件時(shí)的注意事項(xiàng)，同時(shí)給出了器件在電路設(shè)計(jì)中的典型應(yīng)用電路,，以便加深電路設(shè)計(jì)人員對(duì) TVS的認(rèn)識(shí),，為設(shè)計(jì)出高可靠性的應(yīng)用電路提供基礎(chǔ)。雖然目前的TVS在國內(nèi)的應(yīng)用正處于推廣階段,，但我們有理由相信,，隨著越來越多的設(shè)計(jì)者對(duì)TVS的認(rèn) 識(shí)不斷加深以及TVS所表現(xiàn)出來的優(yōu)異性能，TVS器件最終將獲得極為廣泛的應(yīng)用,。