TVS管的使用場景、參數(shù)及選型

一、TVS管使用場景

TVS主要用于對電路元件進行快速過電壓保護。它能"吸收"功率高達數(shù)千瓦的浪涌信號。TVS具有體積小、功率大、響應快、無噪聲、價格低等諸多優(yōu)點,它的應用十分廣泛，如:家用電器；電子儀器；儀表；精密設備；計算機系統(tǒng)；通訊設備;RS232、485及 CAN等通訊端口；ISDN的保護；I/O端口；IC電路保護；音、視頻輸入；交、直流電源；電機、繼電器噪聲的抑制等各個領域。也可以有效地對雷電、負載開關等人為操作錯誤引起的過電壓沖擊起保護作用。

TVS管通常用于保護器件，防止線路中的瞬間脈沖干擾打壞器件，干擾信號。TVS管能在很短的時間導通并把瞬態(tài)脈沖電壓鉗在一個穩(wěn)定值，原理如下圖。常見的瞬間脈沖主要包括：靜電放電，接口插拔瞬間，浪涌，開關電源噪聲等。

二、TVS管參數(shù)及解釋

參考LRC公司型號LESD5Z5.0T1G的TVS管，規(guī)格書中一般會給出以下表格：

我們重點關注幾個主要選型參數(shù)：

VRWM：反向工作電壓，即電路正常工作時TVS管兩端所設的最大電壓，被保護的電路或器件正常工作電壓應小于VRWM，否則正常工作就觸發(fā)TVS管，這是不合理的。

VBR：擊穿電壓/血崩電壓，即TVS管被擊穿而引發(fā)雪崩效應（阻抗驟然降低）的電壓值，通常這個值為1.1~1.3倍的VRWM。選型中不太需要關注這個值。

VC：最大鉗位電壓，施加規(guī)定波形的脈沖電流Ipp時，在TVS管兩端的最大電壓，即管子能將脈沖電壓限制在這個值以下，以保護器件。選型時要使VC小于器件/引腳的最大耐壓值，否則TVS管加了等于沒加。

IR：最大反向漏電流（VRWM條件下），即電路正常工作時流經管子的最大漏電流。

Ipp：最大反向浪涌峰值電流，即遇到瞬間脈沖干擾時能夠流過的最大電流值，這個值越大表示抑制浪涌能力越強。最大峰值電流對應最大鉗位電壓。

Ppp：最大峰值脈沖功率，通常來說 峰值脈沖功率=峰值脈沖電流x最大鉗位電壓。但其還與脈沖波形，環(huán)境溫度，持續(xù)時間有關，所以規(guī)格書一般不相等。以規(guī)格書為準。峰值脈沖功率選擇時，要大于電路中可能出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌功率。

Cj：極間電容，即TVS管引腳的寄生電容。在信號傳輸電路保護時，信號速率越高，極間電容應越小。電容選擇建議如下圖：

三、TVS管工作選型

查各種資料，對上述的關鍵參數(shù)選型建議都比較一致：

VRWM和VC好選，電路中的最大工作電壓和引腳的最大耐壓都是具體明確的數(shù)值，對著數(shù)值選即可。Cj也好選，通常在高速信號接口會特別關注Cj，根據(jù)上面的選擇建議選就好。

那么，對著類似于下面的參數(shù)選型表格，Ipp和Ppp到底怎么選呢？理應先確定電路的干擾脈沖情況,根據(jù)干擾脈沖的波形、脈沖持續(xù)時間,確定能夠有效抑制該干擾的TVS峰值脈沖功率再去選。但是可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率和瞬態(tài)浪涌電流又是多少呢？這幾個參數(shù)多少有點讓人感覺云里霧里。

回到開頭，我們說到了TVS管主要用于針對靜電放電，浪涌的電路保護。如果說TVS管是用來防靜電的，用在接口處或產品與用戶經常接觸的地方如按鍵，外部通信接口。那么關注的參數(shù)就是器件本身的特性參數(shù)，如下圖所示：

可以發(fā)現(xiàn)廠家其實已經給出了管子能夠保護的范圍，這樣的話就根據(jù)產品實際的靜電或浪涌測試需求來選擇管子，不用非要按照脈沖功率，峰值電流來進行計算，這樣還要去弄根據(jù)靜電標準，EFT，浪涌標準以及功率，這樣計算選型實則大大降低了產品開發(fā)效率。

如果知道比較準確的浪涌電流Ipp，那么可以利用VC來確定其功率。如果無法確定功率和峰值電流的大概范圍，一般來說，滿足基本條件（VRWM，VC，Cj）的情況下，選擇功率和電流大一些的比較好。

除了關鍵性能參數(shù)，還有極性選擇，封裝選擇等選擇依據(jù)。

單極性還是雙極性：常常會出現(xiàn)這樣的誤解即雙向TVS用來抑制反向浪涌脈沖，其實并非如此。雙向TVS用于交流電或來自正負雙向脈沖的場合。TVS有時也用于減少電容。如果電路只有正向電平信號，那么單向TVS就足夠了。TVS操作方式如下：正向浪涌時,TVS處于反向雪崩擊穿狀態(tài)；反向浪涌時，TVS類似正向偏置二極管一樣導通并吸收浪涌能量。在低電容電路里情況就不是這樣了。應選用雙向TVS以保護電路中的低電容器件免受反向浪涌的損害。

封裝：有些通信接口同時需要多根線（2根，4根或更多），如果使用單個的TVS管就需要并相同數(shù)量的管子，占用PCB空間。而選擇集成封裝（DNF）的TVS管通常有多路，使用較少的器件就可以。

四、總結

TVS設計出來的目的就是為了能夠有效的抑制那些非常高的瞬態(tài)電壓，如靜電、浪涌。能夠讓這些具有破壞性的能量限制在一定水平，從而保護產品。所以可以看出，這些器件的真正意義是為了產品在實際使用中和測試時出現(xiàn)的過壓保護。實際做產品的過程中需要考慮的因素太多，無法顧全實現(xiàn)完美設計，考慮最關鍵的參數(shù)，給足余量，參考其他產品以及出貨的情況，優(yōu)化設計，才是工程師要做的事。