一文讀懂TVS管特性及選型
一．TVS管概述
TVS（Transient Voltage Suppressor）瞬態電壓抑制器。當兩極受到反向瞬態高能量衝擊時，能以 10 的負 12 次方秒量級的速度，將兩極間的高阻抗變為低阻抗，使兩極間的電壓箝位於一個預定值，有效地保護電子線路中的精密元器件。在浪涌電壓作用下，TVS 兩極間的電壓由額定反向關斷電壓 VWM 上升到擊穿電壓 VBR，而被擊穿，隨著擊穿電流的出現，流過 TVS 的電流將達到峰值脈衝電流 IPP，同時在其兩端的電壓被鉗位到預定的最大鉗位電壓 VC 以下，其後，隨著脈衝電流按指數衰減，TVS 兩極間的電壓也不斷下降，最後恢復到初態；TVS 管有單向與雙向之分，單向 TVS 管的特性與穩壓二極體相似，雙向 TVS管的特性相當於兩個穩壓二極體反向串聯。
二．其主要特性參數
1、反向截止電壓 VRWM 與反向漏電流 IR：反向截止電壓 VRWM 表示 TVS 管 不導通的最高電壓，在這個電壓下只有很小的反向漏電流 IR。 2、擊穿電壓 VBR：TVS 管通過規定的測試電流時的電壓，這是表示 TVS 管導 通的標誌電壓。 3、脈衝峰值電流 IPP：TVS 管允許通過的 10/1000μs 波的最大峰值電流（8/20μs 波的峰值電流約為其 5 倍左右），超過這個電流值就可能造成永久性損壞。在同一個系列中，擊穿電壓越高的管子允許通過的峰值電流越小，一般是幾 A～幾十 A。 4、最大箝位電壓 VC：TVS 管流過脈衝峰值電流 IPP 時兩端所呈現的電壓。 5、脈衝峰值功率 Pm： 脈衝峰值功率 Pm 是指 10/1000μs 波的脈衝峰值電流 IPP 與最大箝位電壓 VC 的乘積，即 Pm=IPP*VC；在給定的最大鉗位電壓下， 功耗 PM 越大，其浪涌電流承受能力越大，在給定的功耗 PM 下，鉗位電壓越 低，其浪涌電流的承受能力越大；另外，峰值脈衝功耗還與脈衝波形，持續時間和環境溫度有關：典型的脈衝波形持續時間為 1ms，當施加到二極體上的脈衝波形持續時間小於 TP，則隨著 TP 的減小脈衝峰值功率增加；TVS 所能承受的瞬態脈衝式不重複的，如果電路內出現重複性脈衝，應考慮脈衝功率的累積可能損壞 TVS。 6、穩態功率 P0：TVS 管也可以作穩壓二極體用，這時要使用穩態功率。 7、極間電容 Cj：與壓敏電阻一樣，TVS 管的極間電容 Cj 也較大，且單向的比 雙向的大，功率越大的電容也越大，極間電容會影響 TVS 的響應時間。 8、峰值電流波形：A、正弦半波 B、矩形波 C 、標準波（指數波形） D、三角 波 TVS 峰值電流的試驗波形採用標準波（指數波形），由 TR/TP 決定。 峰值電流上升時間 TR: 電流從 0.1IPP 開始達到 0.9 IPP 的時間。 半峰值電流時間 TP：電流從零開始通過最大峰值後，下降到 0.5IPP 值的時間。 下面列出典型試驗波形的 TR/TP 值： EMP 波：10ns /1000ns 閃電波：8μs /20μs 標準波：10μs /1000μs
三．優點及缺點
優點：響應速度快（為ns級）、瞬態功率大、漏電流低；其 10/1000μs 波脈衝功率從 400W～30KW，脈衝峰值電流從 0、52A～544A；擊穿電壓有從 6、8V～550V 的系列值，便於各種不同電壓的電路使用。 缺點：耐浪涌衝擊能力較放電管和壓敏電阻差； 穩壓二極體：反應較慢；一般用於電壓精度要求高的地方（一般較小），防浪涌，擊穿電壓精準，各壓值檔都有；齊納擊穿； 壓敏電阻：與穩壓二極體相似，但不可恢復；
四．選型依據及注意事項：
1、 TVS 的最大反向鉗位電壓 VC 應小於被保護電路的損壞電壓； 2、TVS 的額定反向關斷電壓 VWM 要大於或等於被保護電路的最大工作電壓， 若選用的 VWM 太低，器件可能進入雪崩或因反向漏電流太大影響電路的正常 工作； 3、 交流電壓只能用雙向 TVS； 4、在規定的脈衝持續時間內，TVS 的最大峰值脈衝功率 PM 必須大於被保護電路可能出現的峰值脈衝功率，在確定了最大鉗位電壓後，其峰值脈衝電流應大於瞬態浪涌電流； 5、結電容是影響 TVS 在高速線路中使用的關鍵因素，在這種情況下，一般用一個 TVS 管和一個快恢復二極體以背對背的方式連接，由於快恢復二極體有較小的結電容，因而二者串聯的等小電容也較小，可以滿足高頻使用的要求； 6、需要考慮降額使用的應用； 應用場合：功率開關電路；整流二極體（與之同向）；電源變壓器；防直流電源反接或電源通斷時產生的瞬時脈衝；抑制電機，斷電器線圈，螺線管等感性負載產生的瞬時脈衝電壓；控制系統的輸入輸出端；
使用注意事項：
1、對瞬變電壓的吸收功率峰值與瞬變電壓脈衝寬度間的關係，手冊給的只是特 定脈寬下的吸收功率峰值，實際線路中的脈衝寬度則變化莫測，事前要有估計，對寬脈衝應降額使用； 2、對小電流負載的保護，可有意識地在電路中增加限流電阻，只要限流電阻的 阻值合適，不會影響線路的正常工作，但限流電阻對干擾所產生的電流卻會大大減小，這就有可能選用峰值功率較小的 TVS 管來對小電流負載電路進行保護； 3、對重複出現的瞬變電壓的抑制，要注意 TVS 管的穩態平均功率是否在安全範圍之內； 4、環境溫度升高時要降額使用，TVS 管的引線長短，它與被保護線路的相對距 離；
五．應用舉例
直流電路中選用舉例： 整機直流工作電壓 12V，最大允許安全電壓 25V（峰值），浪涌源的阻抗 50MΩ，其干擾波形為方波，TP=1ms，最大峰值電流 50A。 選擇： 1、先從工作電壓 12V 選取最大反向工作電壓 VRWM 為 13V，則擊穿電壓為 V（BR）=VRWM/0.85=15.3V； 2、從擊穿電壓值選取最大箝位電壓 VC（MAX）=1.30×V(BR)=19.89V，取 VC=20V； 3、再從箝位電壓 VC 和最在峰值電流 IP 計算出方波脈衝峰值功率： PPR=VC×IP=20×50=1000W 4、計算摺合為 TP=1MS 指數波的峰值功率，摺合係數 K1=1.4， PPR=1000W÷1.4=715W 交流電路選用舉例： 直流線路採用單向瞬變電壓抑制二極體，交流則必須採用雙向瞬變電壓抑制二極體。交流是電網電壓，這裡產生的瞬變電壓是隨機的，有時還遇到雷擊（雷電感應產生的瞬變電壓）所以很難定量估算出瞬時脈衝功率 PPR。但是對最大反向工作電壓必須有正確的選取。一般原則是交流電壓乘 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 管的最大反向工作電壓VRWM。 TVS 保護直流穩壓電源實例：
圖中是一個直流穩壓電源，並有擴大電流輸出的晶體管，在其穩壓輸出端加上瞬變電壓抑制二極體，可以保護使用該電源的儀器設備，同時還可圖中是一個直流穩壓電源，並有擴大電流輸出的晶體管，在其穩壓輸出端加上瞬變電壓抑制二極體，可以保護使用該電源的儀器設備，同時還可以吸收電路中的集電極到發射極間的峰值電壓，保護晶體管，建議在每個穩壓電源輸出端加一個TVS 管，可以大幅度提高整機應用的可靠性；
還有用 TVS 保護晶體管，集成電路，可控硅，功率 MOS 管（在柵源之間加上 瞬變電壓抑制二極體，可防止柵極擊穿），繼電器等； 繼電器的觸點往往用大電流去開關電動機等大電流電感負載，而電感在開關時有很高的反電勢，而且有較大的能量，往往把觸點燒壞或擊穿產生電弧等，必須對觸點採取保護，抑制電弧的產生，以保護繼電器。但是這種電弧產生的浪涌電流很大，過去採用電容或者用電容串聯電阻、二極體、二極體串聯電阻等抑制方案，現在採用瞬變電壓抑制二極體方案效果更好。
