瞬态抑制二极管-TVS管怎么选型

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2022-04-20 08:50:20 11

TVS全称是 transient voltage suppressor，瞬态电压抑制器，它是一种保护器件。TVS管也属于二极管，只不过特性与二极管的有区别，它的工作原理与稳压二极管类似，也是利用反向击穿稳定电压，但TVS管的响应速度要快于稳压管。

当电路中的TVS管受到反向瞬态高能量冲击时，它能以极高的速度（几百皮秒）将两级间的阻抗变为低阻抗，起到很好的浪涌功率吸收作用，同时也能使两级之间的电压保持在一个范围内，达到有效保护电路中其他元器件的免受浪涌脉冲的损坏。

TVS管和ZenerDiode两者比较可以参考下面描述

一、相同点

1）均可以将器件的电压限制在一定的范围内。

2）长时间耐流值接近，跟体积功耗有关。

二、不同点

1）电压精度，ZenerDiode的稳压值比较精确，TVS是在一个范围内；

2）通流能力，ZenerDiode耐涌浪电流很小，而TVS可以达到几百A；

3）工作原理，ZenerDiode是齐纳隧道效应或雪崩效应，TVS是雪崩效应；

4）电路应用，ZenerDiode用于稳压，TVS用于瞬态高压保护；

5）稳压数值，ZenerDiode 3.3V~75V,TVS管6.8V～550V；

6）响应时间，ZenerDiode是 us级别，TVS可以达到1ps级别；

比较后就比较清楚了，稳压二极管和TVS管是不可以相互替代的。

清楚了原理我们来看TVS管的一些参数，我们通过Datasheet来看，这样比较直观。

*栏和第二栏是和具体器件相关的，我们不管它。

Working PeakReverse Voltage VRWM (V)反向峰值电压，这个参数是TVS管的工作电压，在器件正常工作时，TVS管两端的电阻达到很大，那么TVS管吸收的电流可以忽略不计。一般选型时，要求VRWM等于或略大于电路正常工作电压。

Breakdown Voltage VBR(V) MIN &NOM&MAX @IT 为反向击穿电压，表示在直流电流IT条件下，测得TVS两端的反向电压值，含义是从此点开始元件进入反向雪崩击穿。

Test Current IT(mA) 测试电流参数，是规定TVS的反向击穿电压值条件；

Claping Voltage @IPP Vc(V)最大钳位电压参数，在规定的脉冲时间tr/tp内，TVS承受最大峰值电流Ipp时，加在器件上的最大电压值。

Maximum Peaking Pulse Current IPP(A) 最大脉冲电流，在规定的时间tr/tp内，器件所允许通过的最大峰值脉冲电流。

Reverse Leakage @VRWM IR(uA) 反向漏电流，即在工作电压VRWM时，流经TVS管的反向漏电流。

此外，还有datasheet上，还会给出insert loss @ Freq，这些主要用在高速IO上保护的TVS，作为选型的重要依据。

了解了以上参数后，接下来就是选型的环节，从网上获取到的信息，选型原则是

1）TVS额定反向关断电压VRWM应大于或等于被保护电路的最大工作电压。

2）最小击穿电压VBR=VWM/KBR (其中，KBR=0.8～0.9)。

3）TVS的最大箝位电压VC应小于被保护电路的损坏电压，即VC=KC×VBR (其中，KC=1.3)。

④ 在规定的脉冲持续时间内，TVS的最大峰值脉冲功耗PM必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。在确定了最大箝位电压后，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。

以下是实例计算分析：?

某机器工作电压为DC12V，最大允许安全电压25V（峰值），浪涌源的阻抗50MΩ，其干扰波形为方波，TP=1ms?，最大峰值电流50A。?选择：?

1、先从工作电压12V选取最大反向工作电压VRWM为13V，表示在这个电压下可以正常工作。

则击穿电压 V(BR) =VRWM /KBR=13/0.85=15.3V(取KBR=0.85)

击穿电压15.3V下，TVS开始动作。

2、然后依据VBR选取最大箝位电压Vc(MAX)=1.30×V(BR)=19.89V，取 Vc=20V(取KC=1.3)，是指TVS管已经击穿了，在一定条件下（脉冲时间tr/tp内，承受的最大峰值电流Ipp时）加在器件上的最大电压值。

3、接着依据箝位电压VC和最大峰值电流IP，得到方波脉冲功率：

PPR=VC×IP=20×50=1000W?

4、折合为TP=1msS指数波的峰值功率，折合系数K1=1.4，????

PPR=1000W÷1.4=715W?

从手册中可查到1.5SMC16AT3G其中PPR=1500W，变位电压VRWM=13.6V，击穿电压V(BR)=15.2V，最大箝位电压Vc=22.5V，

最大浪涌电流IP=67A。可满足上述设计要求，而且留有一倍的余量，不论方波还是指数波都适用

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