TVS管的保护事理和选型要点_电压_器件

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TVS（Transient Voltage Suppressor），即瞬态电压抑制器，TVS采取前辈的半导系统编制程工艺制作，通过调节半导体PN结两端电压来启动保护，具有导通电压精准、启动速率快、同等性好无老化的优点，是专门设计用来抑制电路中的过压保护器件，它可以将几KV的静电电压和浪涌电压限定在一个非常安全的电压范围之内，从而保护电路中的敏感组件免受高压静电和浪涌的破坏。
以是TVS管既可以用来防护ESD，也可以用来防护Surge，但是还有一个细分品类叫ESD防护二极管，它专业用来防护ESD，但不敷以应对Surge，在选型TVS管时，要充分考虑其防护两种电应力的能力。

2.Zener（齐纳）二极管

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图2-1显示了范例的齐纳二极管I-V曲线，曲线左侧显示反向偏压区域的Zener，只要测试或事情电压保持在VRWM以下（0V~|VRWM|），电流会非常小。
VRWM是指关闭状态事情电压，低于该电压时，反向泄露电流小于指定的IRM。
当电压升高时，电流会溘然增加，此时涌现雪崩区，即达到击穿电压VBR。
也便是说保护动作事情在雪崩区，瞬间的脉冲涌现时，Zener快速反应进入雪崩区，接管一部分能量，并将剩余能量导入GND。

（图片来自网络侵删）

采取电流驱动型测试设置，对Zener施加反向电压直到二极管流过1mA电流，此时的电压定义为可击穿电压VBR。
曲线右侧显斧正向偏压区域的Zener，如果电压超过VF，电流开始快速回升，可将负浪涌脉冲电压胁迫到较低值(VF−0.7V)，Zener作为保护器件时是单向保护。

图2-1：Zener的I-V曲线

Zener为接供词给单向保护，对付负浪涌事宜，限定到相对较低的电压（高于VF），而对付正浪涌事宜，根据VCL等式，胁迫到钳位电压，钳位电压：

3.TVS（瞬态抑制）二极管

如果串联连接两个方向相反的Zener，则形成双向ESD器件，此时整合起来就变成TVS管，如果这两个二极管相同，则I-V曲线对称，如图2-2所示：

图2-2：TVS的I-V曲线

钳位电压的打算公式与单向ESD二极管的反向等式相同：

个中：

VBR由VF值和另一个二极管的反向击穿电压VBR1组成。
支持正负事情电压范围的接口必须采取ESD保护，例如仿照音频旗子暗记，大多数只支持正事情电压的数字接口可通过单向办理方案得到保护，不过有许多工程师会采取双向ESD保护方案。
对付负ESD放电，SOC会打仗到更高的负钳位电压，应只管即便避免这种情形，由于这会严重影响系统级稳健性。

如果必须按照IEC-61000-4-5标准保护系统芯片，使其免遭具有更高能量和更长脉冲持续韶光的负浪涌事宜影响，则尤其须要把稳上述问题。
如果浪涌保护只能根据IEC-61000-4-2处理ESD脉冲，那么利用双向拓扑便可为相对不敏感的芯片供应充分保护。
设计低电容ESD保护组件时，选择这种两个ESD二极管串联的构造十分有用，由于其寄生电容比单向器件低，如下式所示：

4.TVS保护事理

保护和破坏机制

当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速率，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，接管高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的破坏。

图2-3：原始静电-绿色是被TVS保护后的安全电压

从图2-3来说，绿线部分的面积越小越好，那么就哀求抑制电压越小越好，这样对后面电路的保护效果就越好。
从被保护器件的角度考虑，紧张有两种办法造成器件破坏：

1：过电压，由于抑制后的剩余电压部分过高，远超出被保护器件的额定电压，导致器件对地产生泄电流或者是电极与电极之间发生放电的征象，导致器件不能事情或者事情失落常，常日情形下，从器件的表面不雅观察不到非常情形。

2：过电流，在被保护器件引脚和引脚之间，引脚和GND之间产生过电流征象，表现为被保护器件失落去应有的事情状态或对地短路。

以是较低的抑制电压（VCL）和残余电流意味着被保护器件或IC具有较低的发热，其余被保护器件的额定耐压指的是常态下的耐压（RMS），和瞬态的耐压不是一个观点。

关键参数

VRWM：器件最大反向事情电压

在线路没有受到电应力影响时，TVS管是哀求不事情的，以是VRWM该当大于线路上最高的事情电压。
这样才能担保TVS 在电路正常事情下不会影响电路事情（当事情电压大于VRWM时，反向泄电流会显著增大，从上述波形图来看虽然实际也能利用但是不建议）。
但也不能选的太高，如果太高，钳位电压也会较高，以是在选择VRWM时，要综合考虑被保护电路的事情电压及后级电路的承受能力，常日选取VRWM为事情电压的1.1~1.2倍。

VBR：器件反向击穿电压

器件反向击穿电压，常日在器件通过IR=1mA的电流情形下测试，代表器件击穿时的一种临界状态。

VCL：钳位电压

对器件施加规定波形的峰值脉冲电流Ipp时（或者对器件进行仿照ESD测试），TVS管反向电击穿后随着电压增加到一确定值后，TVS管两端测得的峰值电压保持不变，此电压便是TVS管的最大钳位电压。
TVS 钳位电压应小于后级被保护器件最大可承受的瞬态安全电压，但要大于后级被保护器件的正常事情电压。

Ipp：器件最高可承受峰值脉冲电流，详细波形图见器件规格书。
实在Ipp和VCL才是真正衡量TVS在电路保护中防护ESD和Surge脉冲电流和限定电压能力的参数，在相同Ipp下的VCL越小，表明TVS的钳位特性越好。

VF：器件的正向压降

RD：器件的动态电阻

IR：泄电流，也叫待机电流，泄电流紧张带来功率的损耗，比如在仿照旗子暗记中，会影响AD旗子暗记的采样值，以是TVS的泄电流越小越好。

Pppm：额定功率，TVS产品的额定瞬态功率应大于电路中可能涌现的最大瞬态浪涌功率。

Cd：结电容

TVS管的结电容一样平常从几pF到nF级别，随着反向电压的增加，Cd呈低落规律，电容的大小会影响TVS器件的相应韶光。
在通讯线路上须要考虑TVS管的Cd值，过大的结电容会影响通讯线路的旗子暗记质量（增加旗子暗记的上升韶光，改变线路的特性阻抗等）。

5.TVS的选型要点