TVS选型，让新人老人都能得心应手

时间：2021-12-07 16:16:50

关键字： TVS 选型 VR 电容

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[导读]提到TVS，相信大部分电子工程师都知道，它是用来端口防护的，防止端口瞬间的电压冲击造成后级电路的损坏。虽然TVS在电路中具有举足轻重的地位，但针对TVS的选型过程，很多厂家都是直接给推荐电路，直接告诉设计者答案“你应该选择哪个器件”，却很少对选型过程提供理论计算。而大部分电子工程...

提到TVS，相信大部分电子工程师都知道，它是用来端口防护的，防止端口瞬间的电压冲击造成后级电路的损坏。

虽然TVS在电路中具有举足轻重的地位，但针对TVS的选型过程，很多厂家都是直接给推荐电路，直接告诉设计者答案“你应该选择哪个器件”，却很少对选型过程提供理论计算。

而大部分电子工程师在对面TVS选型的时候，新人凭参考，老人凭经验，一旦更换厂家或者更换测试条件，就无从下手了……本文就专门解决这一问题，让新人老人对TVS选型都能得心应手。

都是限制个电压，为何人家的选型就比我优秀？

1、工作原理

TVS（Transient Voltage Suppressors），即瞬态电压抑制器，又称雪崩击穿二极管。它是采用半导体工艺制成的单个PN结，或多个PN结集成的器件。

TVS有单向与双向之分：单向TVS一般应用于直流供电电路；双向TVS应用于电压交变的电路。

如图1所示，应用于直流电路时单向TVS反向并联于电路中，当电路正常工作时，TVS处于截止状态（高阻态），不影响电路正常工作。

当电路出现异常过电压并达到TVS（雪崩）击穿电压时，TVS迅速由高电阻状态突变为低电阻状态，泄放由异常过电压导致的瞬时过电流到地，同时把异常过电压钳制在较低的水平，从而保护后级电路免遭异常过电压的损坏。

当异常过电压消失后，TVS阻值又恢复为高阻态。

图1：TVS工作原理

2、关键参数

工欲善其事，必先利其器，要用好TVS，必须先了解其关键的参数。（1）Vrwm截止电压TVS的最高工作电压，可连续施加而不引起TVS劣化或损坏的最高工作峰值电压或直流峰值电压。对于交流电压，用最高工作电压有效值表示，在V RWM 下，TVS认为是不工作的，即是不导通的。换一句话，电路的最高工作电压必须小于Vrwm，否则将会导致TVS动作导致电路异常。（2）I R漏电流漏电流，也称待机电流。在规定温度和最高工作电压条件下，流过TVS的最大电流。TVS的漏电流一般是在截止电压下测量，对于某一型号TVS，I R应在规定值范围内。对TVS两端施加电压值为 V RWM ，从电流表中读出的电流值即为TVS的漏电流 I R。对于同功率和同电压的TVS，在V RWM ≤10V 时，双向TVS漏电流是单向TVS漏电流的2倍。对于一些模拟端口，漏电流会影响AD的采样值，所以TVS的漏电流越小越好。（3）VBR击穿电压击穿电压，指在V-I特性曲线上，在规定的脉冲直流电流I T或接近发生雪崩的电流条件下测得TVS两端的电压。测试的电流It一般选取10mA左右，施加的电流的时间不应超过400ms，以免损坏器件，VBR MIN和VBR MAX是TVS击穿电压的一个偏差，一般TVS为±5%的偏差。测量时，V BR落在 V BR MIN .和 V BR MAX .之间视为合格品。（4）I PP峰值脉冲电流，V C钳位电压峰值脉冲电流，给定脉冲电流波形的峰值。TVS一般选用10/1000μs电流波形。钳位电压，施加规定波形的峰值脉冲电流I PP时，TVS两端测得的峰值电压。I PP及V C是衡量TVS在电路保护中抵抗浪涌脉冲电流及限制电压能力的参数，这两个参数是相互联系的。对于TVS在防雷保护电路中的钳位特性，可以参考V C这个参数。对于相同型号TVS，在相同I PP下的V C越小，说明TVS的钳位特性越好。TVS的耐脉冲电流冲击能力可以参考I PP，同型号的TVS，I PP越大，耐脉冲电流冲击能力越强。（5）结电容CI，漏电流Ir结电容是TVS中的寄生电容，在高速IO端口保护需要重点关注，过大的结电容可能会影响信号的质量。漏电流主要带来了功率的损耗，或者是在模拟信号中，会影响AD信号的采样值。图2：厂家一般都是提供10/1000μs的测试波形
图3：TVS的关键参数

3、选型过程

了解了TVS的基本参数，我们就开始进入最重要的TVS选型的过程了。选择TVS之前，我们首先要明白选择的终极目标：

电压合适能保护后级电路
引入的TVS的结电容不能影响电路
TVS功率余量充足，满足测试标准，且不能比保险管先挂

选型的过程，可以按照以下的步骤进行：

选择TVS最高工作电压Vrmw
选择TVS钳位电压VC
选择TVS的功率
评估漏电流Ir的影响
评估结电容的影响

（1）选择TVS最高工作电压Vrmw
在电路正常工作情况下，TVS应该是不工作的，即处于截止状态，所以TVS 的截止电压应大于被保护电路的最高工作电压。这样才能保证TVS在电路正常工作下不会影响电路工作。但是，TVS的工作电压高低也决定了TVS钳位电压的高低，在截止电压大于线路正常工作电压的情况下，TVS工作电压也不能选取的过高，如果太高，钳位电压也会较高。所以，在选择Vrwm时，要综合考虑被保护电路的工作电压及后级电路的承受能力。要求Vrwm要大于工作电压，否则工作电压大于Vrwm会导致TVS反向漏电流增大，接近导通，或者雪崩击穿，影响正常电路工作。综合考虑，Vrwm可以参考以下的公式：Vrwm≈1.1~1.2*VCC ；--------其中VCC为电路的最高工作电压。（2）选择选择TVS钳位电压VCTVS钳位电压应小于后级被保护电路最大可承受的瞬态安全电压，VC与TVS 的雪崩击穿电压及I PP都成正比。对于同一功率等级的TVS，其击穿电压越高V C也越高，所选TVS的最大箝位电压Vc不能大于被防护电路可以承受的最大电压。否则，当TVS钳在Vc时会对电路造成损坏。Vc可以参考以下的公式：VC＜Vmax ；-----其中Vmax为电路能承受的最高电压。（3）选择TVS的功率Pppm（或者Ipp）TVS产品的额定瞬态功率应大于电路中可能出现的最大瞬态浪涌功率，理论上，TVS的功率越大越好，能够承受更多的冲击能量和次数，但是功率越高，TVS的封装越大，价钱也越高。所以，TVS的功率满足要求即可。对于不同功率等级的TVS，相同电压规格的TVS其V C值是一样的，只是I PP不同。故Pppm与Ippm成正比，Ippm越大，Pppm也越大。对于某一电路，有对应的测试要求，设实际电路中的最大测试电流为 Iactual，则 Iactual可估算为：Iactual=Uactual/Ri；---------其中Uactual为测试电压，Ri为测试内阻。TVS要通过测试，故实际电路中要求10/1000μs波形下TVS的最小功率P actual 为：-------其中di/dt为波形转换系数，如实际测试波形为其他波形，如8/20μs波形，建议di/dt取，如测试波形为10/1000μs，实际选型中，TVS应留有一定的裕量，TVS的功率PPMP选择应遵循Pppm＞Pactual。（4）根据所选的TVS的结电容和漏电流评估影响如果TVS用在高速IO端口防护、模拟信号采样、低功耗设备场合，就需要考虑结电容和漏电流的影响，两则的参数越小越好。4、选型举例

数据都是无趣的，我们以实际的案例举例：电路的正常工作电压VCC是24V，最高工作电压Vmax是26V,后级电路可承受的最高瞬态电压为50V，实验的测试波形为8/20μs波形，测试电压500V，测试电源内阻及PPTC的静态电阻合计为2Ω。根据上述信息选择合适的TVS。图4：设计举例（1）选择TVS最高工作电压

Vrmw≈1.1~1.2*VCC=26~28V

（2）选择选择TVS钳位电压VC＜Vmax=50V（3）计算实际测试波形功率

Pact=50*（500/3）*1/2=4166W

根据计算结果，可以选用5.0SMDJ26A这个TVS，由于这个TVS用在电源端口，结电容和漏电流基本可以忽略不计。

图5：5.0SMDJ26A TVS关键参数作者：阿甘来源：芯片之家版权归原作者所有，如有侵权，请联系删除。