瞬态电压抑制二极管的选用技巧

发布时间:2020-01-06 14:19 　 浏览次数：

瞬态电压抑制二极管的选用技巧

（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）温度考虑。瞬态电压抑制器可以在－55℃～+150℃之间工作。如果需要TVS在一个变化的温度工作，由于其反向漏电流ID是随增加而增大；功耗随TVS 结温增加而下降，从+25℃～+175℃，大约线性下降50％雨击穿电压VBR随温度的增加按一定的系数增加。因此，必须查阅有关产品资料，考虑温度变化对其特性的影响。

处理瞬时脉冲对元件损害的最好办法是将瞬时电流从感应元件引开。TVS二极管在线路板上与被保护线路并联，当瞬时电压超过电路正常工作电压后，TVS二极管便产生雪崩，提供给瞬时电流一个超低电阻通路，其结果是瞬时电流透过二极管被引开，避开被保护元件，并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。当瞬时脉冲结束以后，TVS二极管自动回覆高阻状态，整个回路进入正常电压。许多元件在承受多次冲击后，其参数及性能会产生退化，而只要工作在限定范围内，二极管将不会产生损坏或退化。

从以上过程可以看出，在选择TVS二极管时，必须注意以下几个参数的选择：

1. 最小击穿电压VBR和击穿电流I R 。VBR是TVS最小的击穿电压，在25℃时，低于这个电压TVS是不会产生雪崩的。当TVS流过规定的1mA电流(IR )时，加于TVS两极的电压为其最小击穿电压V BR 。按TVS的VBR与标准值的离散程度，可把VBR分为5％和10％两种。对于5％的VBR来说，V WM =0.85VBR；对于10％的VBR来说，V WM =0.81VBR。为了满足IEC61000-4-2国际标准，TVS二极管必须达到可以处理最小8kV(接触)和15kV(空气)的ESD冲击，部份半导体厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。对于某些有特殊要求的可携设备应用，设计者可以依需要挑选元件。

2.最大反向漏电流ID和额定反向切断电压VWM。VWM是二极管在正常状态时可承受的电压，此电压应大于或等于被保护电路的正常工作电压，否则二极管会不断截止回路电压；但它又需要尽量与被保护回路的正常工作电压接近，这样才不会在TVS工作以前使整个回路面对过压威胁。当这个额定反向切断电压VWM加于TVS的两极间时它处于反向切断状态，流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流ID。

3.最大钳位电压VC和最大峰值脉冲电流I PP 。当持续时间为20ms的脉冲峰值电流IPP流过TVS时，在其两端出现的最大峰值电压为VC。V C 、IPP反映了TVS的突波抑制能力。VC与VBR之比称为钳位因子，一般在1.2~1.4之间。VC是二极管在截止状态提供的电压，也就是在ESD冲击状态时通过TVS的电压，它不能大于被保护回路的可承受极限电压，否则元件面临被损伤的危险。

4. Pppm额定脉冲功率，这是基于最大截止电压和此时的峰值脉冲电流。对于手持设备，一般来说500W的TVS就足够了。最大峰值脉冲功耗PM是TVS能承受的最大峰值脉冲功耗值。在特定的最大钳位电压下，功耗PM越大，其突波电流的承受能力越大。在特定的功耗PM下，钳位电压VC越低，其突波电流的承受能力越大。另外，峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且，TVS所能承受的瞬态脉冲是不重覆的，元件规定的脉冲重覆频率(持续时间与间歇时间之比)为0.01％。如果电路内出现重覆性脉冲，应考虑脉冲功率的累积，有可能损坏TVS。

5. 电容器量C。电容器量C是由TVS雪崩结截面决定的，是在特定的1MHz频率下测得的。C的大小与TVS的电流承受能力成正比，C太大将使讯号衰减。因此，C是数据介面电路选用TVS的重要参数。电容器对于数据/讯号频率越高的回路，二极管的电容器对电路的干扰越大，形成噪音或衰减讯号强度，因此需要根据回路的特性来决定所选元件的电容器范围。高频回路一般选择电容器应尽量小(如 LCTVS、低电容器TVS，电容器不大于3pF)，而对电容器要求不高的回路电容器选择可高于40pF。

瞬态电压抑制二极管特性曲线：

说明：

VBR：崩溃电压@IT- TVS瞬间变为低阻抗的点

VRWM：维持电压-在此阶段TVS为不导通之状态

VC：钳制电压@Ipp -钳制电压约略等于1.3*VBR VF：正向导通电压@IF -正向压降

IR：逆向漏电流＠VRWM

IT：崩溃电压之测试电流

IPP：突波峰值电流

IF：正向导通电流

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