怎样正确选择EMC防护器件的TVS

TVS(TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR)或称瞬变电压抑制二极管 是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品。其电路 符号和普通稳压二极管相同，外形也与普通二极管无异，当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度(最高达1*10-12秒)使其阻抗 骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。

图1 TVS特性曲线

TVS的特性

如果用图示仪观察TVS的特性，就可得到图1中左图所示的波形。如果单就这个曲线来看,TVS管和普通稳压管的击穿 特性没有什么区别，为典型的PN结 雪崩器件。

但这条曲线只反映了TVS特性的一个部分，还必须补充右图所示的特性曲线，才能反映TVS的全部特性。这是在双踪示波器 上观察到的TVS管承受大电流冲击时的电流及电压波形。

图中曲线1是TVS管中的电流波形，它表示流过TVS管的电流由1mA突然上升到峰值，然后按指数规律下降，造成这种电流冲击的原因可能是雷击、过压等。曲线2是TVS管两端电压的波形，它表示TVS中的电流突然上升时，TVS两端电压也随之上升，但最大只上升到VC值，这个值比击穿电压VBR略大，从而对后面的电路元件起到保护作用。

图2 TVS特性及参数

A. 击穿电压(VBR)：TVS在此时阻抗骤然降低，处于雪崩击穿状态。

B. 测试 电流(IT)：TVS的击穿电压VBR在此电流下测量 而得。一般情况下IT取1MA。

C. 反向变位电压(VR WM)：TVS的最大额定直流工作电压,当TVS两端电压继续上升，TVS将处于高阻状态。

D. 最大反向漏电流(IR)：在工作电压下测得的流过TVS的最大电流。

E. 最大峰值脉冲电流(IPP)：TVS允许流过的最大浪涌电流，它反映了TVS的浪涌抑制能力。

F. 最大箝位电压(VC)：当TVS管承受瞬态高能量冲击时，管子中流过大电流，峰值为IPP，端电压由VRWM值上升到VC值就不再上升了，从而实现了保护作用。浪涌过后，随时间IPP以指数形式衰减，当衰减到一定值后，TVS两端电压由VC开始下降,恢复原来状态。最大箝位电压VC与击穿电压VBR之比称箝位因子Cf，表示为Cf= VC /VBR，一般箝位因子仅为1.2～1.4。

G. 峰值脉冲功率(PP)：PP按峰值脉冲功率的不同TVS分为四种，有500W、600W、1500W和5000W。最大峰值脉冲功率：最大峰值脉冲功率为：PN=VC·IPP。显然，最大峰值脉冲功率愈大,TVS所能承受的峰值脉冲电流IPP愈大;另一方面，额定峰值脉冲功率PP确定以后，所TVS能承受的峰值脉冲电流IPP，随着最大箝位电压VC的降低而增加。TVS最大允许脉冲功率除了和峰值脉冲电流和箝位电压有关外，还和脉冲波形、脉冲持续时间和环境温度有关。

TVS所能承受的瞬时脉冲峰值可达数百安培，其箝位响应时间仅为1*10-12 秒;TVS所允许的正向浪涌电流,在 25℃,1/120秒的条件下,也可达50-200安培。一般地说,TVS所能承受的瞬时脉冲是不重复的脉冲。而实际应用中，电路里可能出现重复性脉冲。

TVS器件规定,脉冲重复率比(脉冲持续时间和间歇时间之比)为0.01%。如不符合这一条件，脉冲功率的积累有可能使TVS烧毁。电路设计人员应注意这一点。TVS的工作是可靠的，即使长期承受不重复性大脉冲的高能量的冲击，也不会出现"老化"问题。试验证明，TVS安全工作于10000次脉冲后,其最大允许脉冲功率仍为原值的80%以上。

TVS的选用方法

1.确定待保护电路 的直流电压或持续工作电压。如果是交流电，应计算出最大值，即用有效值*1.414。

2.TVS的反向变位电压即工作电压(VRWM)--选择TVS的VRWM等于或大于上述步骤1所规定的操作电压。这就保证了在正常工作条件下TVS吸收的电流可忽略不计,如果步骤1所规定的电压高于TVS的VRWM ,TVS将吸收大量的漏电流而处于雪崩击穿状态，从而影响电路的工作。

3.最大峰值脉冲功率：确定电路的干扰脉冲情况,根据干扰脉冲的波形、脉冲持续时间,确定能够有效抑制该干扰的TVS峰值脉冲功率。

4.所选TVS的最大箝位电压(VC)应低于被保护电路所允许的最大承受电压。

5.单极性还是双极性-常常会出现这样的误解即双向TVS用来抑制反向浪涌脉冲，其实并非如此。双向TVS用于交流电或来自正负双向脉冲的场合。TVS有时也用于减少电容 。如果电路只有正向电平信号，那麽单向TVS就足够了。TVS操作方式如下：正向浪涌时,TVS处于反向雪崩击穿状态;反向浪涌时，TVS类似正向偏置二极管一样导通并吸收浪涌能量。在低电容电路里情况就不是这样了。应选用双向TVS以保护电路中的低电容器 件免受反向浪涌的损害。

6.如果知道比较准确的浪涌电流IPP，那么可以利用VC来确定其功率，如果无法确定功率的大概范围，一般来说，选择功率大一些比较好。