消除噪聲干擾,、防止浪涌損害一直是電子設(shè)備設(shè)計(jì)者頭痛的一件事,。瞬態(tài)電壓抑制器（TVS：transientvoltagesuppressor)可以方便地解決這些問題。

當(dāng)TVS兩極受到反向高能量沖擊時(shí),，它能以10－12s級(jí)的速度,，將其兩極間的阻抗由高變低，吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率,，使兩極間的電位箝位于預(yù)定值,，有效地保護(hù)電子設(shè)備中的元器件免受浪涌脈沖的損害。TVS具有響應(yīng)時(shí)間快,、瞬態(tài)功率大,、漏電流低、擊穿電壓偏差小,、箝位電壓容易控制,、體積小等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于家用電器,、電子儀表,、通訊設(shè)備、電源,、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域,。

1TVS的特性和主要參數(shù)

圖1TVS電壓－電流特性

11TVS的特性

TVS的電路符號(hào)和普通的穩(wěn)壓管相同。其電壓—電流特性曲線如圖1所示,。

其正向特性與普通二極管相同,，反向特性為典型的PN結(jié)雪崩器件。圖2是TVS的電流—時(shí)間和電壓—時(shí)間曲線,。在浪涌電壓的作用下,，TVS兩極間的電壓由額定反向關(guān)斷電壓VWM上升到擊穿電壓VBR，而被擊穿,。隨著擊穿電流的出現(xiàn),，流過TVS的電流將達(dá)到峰值脈沖電流IPP，同時(shí)在其兩端的電壓被箝位到預(yù)定的最大箝位電壓VC以下,。其后,，隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，TVS兩極間的電壓也不斷下降,，最后恢復(fù)到初態(tài),，這就是TVS抑制可能出現(xiàn)的浪涌脈沖功率，保護(hù)電子元器件的過程,。

12TVS的主要參數(shù)

（1）最大反向漏電流ID和額定反向關(guān)斷電壓VWM

VWM是TVS最大連續(xù)工作的直流或脈沖電壓,，當(dāng)這個(gè)反向電壓加于TVS的兩極間時(shí)它處于反向關(guān)斷狀態(tài)，流過它的電流應(yīng)小于或等于其最大反向漏電流ID,。

（2）最小擊穿電壓VBR和擊穿電流IR

VBR是TVS最小的擊穿電壓,。在25℃時(shí)，低于這個(gè)電壓TVS是不會(huì)發(fā)生雪崩的,。當(dāng)TVS流過規(guī)定的1mA電流（IR）時(shí),，加于TVS兩極的電壓為其最小擊

圖2TVS電壓（電流）時(shí)間特性

穿電壓VBR。按TVS的VBR與標(biāo)準(zhǔn)值的離散程度,，可把VBR分為5％和10％兩種,。對(duì)于5％的VBR來說，VWM=0.85VBR,；對(duì)于10％的VBR來說,，VWM=0.81VBR。

（3）最大箝位電壓VC和最大峰值脈沖電流IPP

當(dāng)持續(xù)時(shí)間為20μs的脈沖峰值電流IPP流過TVS時(shí),，在其兩端出現(xiàn)的最大峰值電壓為VC,。VC、IPP反映了TVS的浪涌抑制能力,。VC與VBR之比稱為箝位因子,，一般在1.2～1.4之間。

（4）電容量C

電容量C是由TVS雪崩結(jié)截面決定的,，是在特定的1MHz頻率下測(cè)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,，C是數(shù)據(jù)接口電路選用TVS的重要參數(shù)。

（5）最大峰值脈沖功耗PM

PM是TVS能承受的最大峰值脈沖功率耗散值,。在給定的最大箝位電壓下,，功耗PM越大，其浪涌電流的承受能力越大,；在給定的功耗PM下,，箝位電壓VC越低，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,、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)脈沖是不重復(fù)的,，器件規(guī)定的脈沖重復(fù)頻率（持續(xù)時(shí)間與間歇時(shí)間之比）為001％。如果電路內(nèi)出現(xiàn)重復(fù)性脈沖,，應(yīng)考慮脈沖功率的累積,，有可能損壞TVS。

（6）箝位時(shí)間tc

tc是從零到最小擊穿電壓VBR的時(shí)間,。對(duì)單極性TVS小于1×10－12s,；對(duì)雙極性TVS小于10×10－12s。

2TVS的分類

TVS器件按極性可分為單極性和雙極性兩種,；按用途可分為通用型和專用型,；按封裝和內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為：軸向引線二極管、雙列直插TVS陣列,、貼片式和大功率模塊等,。軸向引線的產(chǎn)品峰值功率可以達(dá)到400W、500W,、600W,、1500W和5000W。其中大功率的產(chǎn)品主要用在電源饋線上,，低功率產(chǎn)品主要用在高密度安裝的場(chǎng)合,。對(duì)于高密度安裝的場(chǎng)合還可以選擇雙列直插和表面貼裝的封裝形式。

3TVS的選用指南

（1）確定被保護(hù)電路的最大直流或連續(xù)工作電

壓,，電路的額定標(biāo)準(zhǔn)電壓和最大可承受電壓,。

（2）TVS的額定反向關(guān)斷電壓VWM應(yīng)大于或等于

被保護(hù)電路的最大工作電壓。若選用的VWM太低,，器件可能進(jìn)入雪崩或因反向漏電流太大影響電路的正常工作,。

（3）TVS的最大反向箝位電壓VC應(yīng)小于被保護(hù)

電路的損壞電壓。

（4）在規(guī)定的脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi),，TVS的最大峰值

脈沖功率PM必須大于被保護(hù)電路可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率,。在確定了最大箝位電壓后，其峰值脈沖電流應(yīng)大于瞬態(tài)浪涌電流,。一般TVS的最大峰值脈沖功率是以10/1000μs的非重復(fù)脈沖給出的,，而實(shí)際的脈沖寬度是由脈沖源決定的，當(dāng)脈沖寬度不同時(shí)其峰值功率也不同,。如某600WTVS,，對(duì)1000μs脈寬最大吸收功率為600W，但是對(duì)50μs脈寬吸收功率就可達(dá)到2100W，而對(duì)10ms的脈寬最大吸收功率就只有200W了,。而且吸收功率還和脈沖波形有關(guān)：如果是半個(gè)正弦波形式的脈沖,，吸收功率就要減到75％，若是方波形式的脈沖,，吸收功率就要減到66％,。

（5）平均穩(wěn)態(tài)功率的匹配

對(duì)于需要承受有規(guī)律的,、短暫的脈沖群沖擊的TVS,，如應(yīng)用在繼電器、功率開關(guān)或電機(jī)控制等場(chǎng)合,，有必要引入平均穩(wěn)態(tài)功率的概念,。舉例說明，在一功率開關(guān)電路中會(huì)產(chǎn)生120Hz,，寬度為4μs,，峰值電流為25A的脈沖群。選用的TVS可以將單個(gè)脈沖的電壓箝位到112V,。此中平均穩(wěn)態(tài)功率的計(jì)算為：脈沖時(shí)間間隔等于頻率的倒數(shù),，1/120=0.0083s，峰值吸收功率是箝位電壓與脈沖電流的乘積11.2V×25A=280W,，平均功率則為峰值功率與脈沖寬度對(duì)脈沖間隔比值的乘積,，即280×（0.000004s/0.0083s)=0.134W。也就是說,，選用的TVS平均穩(wěn)態(tài)功率必須大于0.134W,。

（6）對(duì)于數(shù)據(jù)接口電路的保護(hù)，還必須注意選取

具有合適電容C的TVS器件,。

（7）根據(jù)用途選用TVS的極性及封裝結(jié)構(gòu),。交流

電路選用雙極性TVS較為合理；多線保護(hù)選用TVS陣列更為有利,。

（8）溫度考慮

瞬態(tài)電壓抑制器可以在－55℃～＋150℃之間工作,。如果需要TVS在一個(gè)變化的溫度下工作，由于其反向漏電流ID是隨溫度增加而增大,；功耗隨TVS結(jié)溫增加而下降,，從＋25℃到＋175℃，大約線性下降50％,；擊穿電壓VBR隨溫度的增加按一定的系數(shù)增加,。因此，必須查閱有關(guān)產(chǎn)品資料,，考慮溫度變化對(duì)其特性的影響,。

4TVS與壓敏電阻的比較

目前，國(guó)內(nèi)不少需要進(jìn)行浪涌保護(hù)的設(shè)備上仍然

使用的是壓敏電阻。壓敏電阻是一種金屬氧化物變阻器,，TVS比壓敏電阻的性能優(yōu)越得多,，其性能比較列于表1。

表1TVS與壓敏電阻性能比較 
 

5TVS的命名

市場(chǎng)上能見到如下系列的TVS管：

SA系列—500W

P6KE,，SMBJ系列—600W

1N5629～1N6389，1.5KE,，LC,，LCE系列—1500W

5KP系列—5000W

15KAP，15KP系列—15000W

其中尤以P6KE和15KE系列最為常見,，它們的命名規(guī)則如下：

第一部分＋第二部分＋第三部分

第一部分……P6KE或15KE

第二部分……數(shù)字,，代表最小擊穿電壓

第三部分……A或CA，A代表單向TVS管,；CA代表雙向TVS管

例如,，P6KE200A為500W最小擊穿電壓約200V的單向TVS管。

6TVS的應(yīng)用舉例

如圖3所示,，為一典型的開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)電路,。當(dāng)功率開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，由于開關(guān)變壓器線圈漏感的存在,，會(huì)產(chǎn)生極高的反電勢(shì),，有可能將功率開關(guān)管擊穿。當(dāng)在開關(guān)變壓器一次側(cè)并接上TVS管后,，可以有效地吸收電壓尖峰,，保護(hù)功率開關(guān)管的安全，降低對(duì)功率開關(guān)管耐壓的要求,。TVS管的選擇如下：

220V交流市電經(jīng)整流濾波后變?yōu)楦邏褐绷鞴┙o開關(guān)變壓器,，此高壓直流變化范圍是240V～360V，而由于變壓器漏感和引線電感的存在,，關(guān)斷過電壓可以高達(dá)幾千伏,，功率開關(guān)管關(guān)斷時(shí)難于同時(shí)承受這兩種電壓。綜合考慮可以選用VWM等于200V左右的TVS,，這樣將關(guān)斷過電壓控制在300V以內(nèi),，加上電源電壓，功率開關(guān)管選用耐壓為700V的管型即可,。

下面估算一下TVS管的PM值：

TVS管所耗散的功率也就是電路雜散電感所存儲(chǔ)的功率,，故而轉(zhuǎn)求雜散電感存儲(chǔ)功率即可。

PM=PL=E/t=0.5LI2/t

雜散電感一般為幾個(gè)μH,，這里取5μH,；

100W的開關(guān)電源原邊平均電流I=P/U=100/240=0.417A,，設(shè)占空比D為05，則最大電流=I/D=0.417/0.5=0.833A,，取I=1A,；

功率開關(guān)器件關(guān)斷時(shí)間一般在幾十納秒，取t=10ns,，于是有：

PM=0.5×5×10－6×12/10×10－9=250W,，由于開關(guān)電源開關(guān)頻率很高，達(dá)到了100kHz以上,，考慮脈沖功率的累計(jì),，PM應(yīng)成倍擴(kuò)大，結(jié)合PM的標(biāo)稱值取600W,。

因此可以選用200V/600W的TVS管,。由于僅在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生單向過電壓,，故選用單向TVS即可,，例如P6KE200A。