Transient Voltage Suppressors Selection Guide

素材来源于君耀电子

一、TVS 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。

TVS 的伏安特性曲线及相关参数说明如图2 所示， 双向 TVS 伏安特性曲线第一象限与第三象限极性相反，特性相似，如图 3。当TVS 反向偏置时，TVS 有两种工作模式：待机（高阻抗）或钳制（相对的低阻抗），如图2 第三象限。在待机状态下，流过 TVS 的电流称为待机电流（IR）或漏电流，该电流的大小随 TVS 的结温而变化。在 TVS 的伏安特性曲线中，由高阻抗（待机）向低阻抗（钳位）转变是雪崩击穿的开始，当 TVS 完全雪崩击穿时， TVS 会瞬间把高电压转化为流过其体内的大电流并保持 PN 结两端相对较低的钳位电压。

二、TVS 特点

TVS 内部芯片为半导体硅材料，采用半导体工艺制成，具有较高的可靠性；

TVS 具有较低的动态内阻，钳位电压低；

TVS 较其他过压保护器件，具有较快的响应速度；

TVS 电压精度高，击穿电压一般为±5%的偏差，在特殊应用场合，还可以通过工艺改善或参数筛选达到更高的精度；

TVS 封装多样化，贴片封装有SOD-123、SMA (DO-214AC)、SMB(DO-214AA)、SMC(DO-214AB)、DO-218AB等，插件封装有DO-41、DO-15、DO-201、P-600 等；

TVS 在 10/1000μs 波形下瞬态功率可达200W~30000W，甚至更高。在8/20μs 波形下瞬态峰值脉冲电流可达3kA、6kA、10kA、16kA、20kA 甚至更高。工作电压范围可从3.3V~600V，甚至更高；

三、TVS的电性检测

表1 为某厂TVS 规格参数，下面分别针对以下参数简单介绍TVS 电性检测。

3.1、VRWM 截止电压，IR 漏电流

VRWM ，截止电压， TVS 的最高工作电压，可连续施加而不引起 TVS 劣化或损坏的最大的直流电压或交流峰值电压。在 VRWM 下，TVS 认为是不工作的，即是不导通的；

IR，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, IR 应在规定值范围内。

VRWM 和 IR 测试回路如图 4 所示，对 TVS 两端施加电压值为 VRWM，从电流表中读出的电流值即为 TVS 的漏电流IR，其中虚线框表示单向 TVS 测试回路。如对于我司型号为SMAJ5.0A 的 TVS，当加在TVS 两端的电压为 5VDC 时，流过 TVS 的电流应小于 800μA。对于同功率和同电压的 TVS，在 VRWM≤10V  时，双向 TVS 漏电流是单向 TVS 漏电流的 2 倍。

3.2、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 IT 或接近发生雪崩的电流条件下测得 TVS 两端的电压。

对于低压 TVS，由于漏电流较大，所以测试电流选取的 IT 较大，如 SMAJ5.0A，测试电流 IT 选取 10mA。VBR 测试电路如图 5 所示，使用脉冲恒流源对 TVS 施加 IT 大小的电流时，读出 TVS 两端的电压则为击穿电压。电流施加时间应不超过 400ms，以免造成 TVS 受热损坏。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，VBR 落在 VBR MIN. 和 VBR MAX. 之间视为合格品。

3.3、IPP 峰值脉冲电流 ，VC 钳位电压

IPP， 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（图6）。

VC，钳位电压，施加规定波形的峰值脉冲电流 IPP 时，TVS 两端测得的峰值电压。

IPP 及 VC 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 VC 这个参数。对于相同型号 TVS，在相同 IPP 下的VC 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 IPP，同型号的 TVS，IPP 越大，耐脉冲电流冲击能力越强。

图7 为TVS 峰值脉冲电流（IPP），钳位电压（VC）测量试验回路示意图，测量时应考虑到 TVS 的散热问题，两次测试时间间隔不能太短，以免对 TVS 造成损坏。

以上对于 TVS 的测量，图中所示电路为电路的基本原理，目前市面上有多种 TVS 电性检测仪器，如晶体管图示仪，TVS 检测仪等，浪涌发生器、TVS 逆向功率测试仪等。

四、TVS 选型注意事项

4.1 最高工作电压 VRWM

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 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。但是 在电路正常工作下不会影响。但是 TVS 的工作电压高低也决定了 的工作电压高低也决定了 TVS 钳位电压的高低， 钳位电压的高低， 在截止电压大于线路正常工作的情况下， TVS工作电压也不能选取的过高，如果太钳位会较所以 工作电压也不能选取的过高，如果太钳位会较所以 在选择 VRWM 时，要综合考虑被保护电路的工作压及后级承受能力。

4.2 TVS功率选型

4.3 VC 钳位电压

TVS 钳位电压应 小于 后级 被保护电路最大可承受的瞬态安全压， 被保护电路最大可承受的瞬态安全压， 大多数 TVS 的 VC 与 VBR 及 IPP 都成正比。对于同一 功率等级 的 TVS，其击穿电压越高 ，其击穿电压越高 VC 也越高。

4.4 IR 漏电流

在一些低功耗电路或高精度采集中， IR 过大可能导致电路功耗或信号的采集精度超标。因低压（ 过大可能导致电路功耗或信号的采集精度超标。因低压（ VRWM＜10V ）  TVS 的 IR较大，如果后级电路耐受能力强的话尽量选择 较大，如果后级电路耐受能力强的话尽量选择 10V  或以上的 TVS；如果后级电路耐受能力不足，需要选择 小 IR且低电压的 TVS，我司也可以提供这类 ，我司也可以提供这类 产品。

4.5 结电容

TVS 的结电容一般在几十皮法至几十纳法。对于同一功率等级的 TVS，其电压越低，容值大。在一些通信线路中，其电压越低容值大。在一些通信线路中，其电压越低容值大。在一些通信线路中，其电压越低容值大。在一些通信线路中，其电压越低容值大。在一些通信线路中，其电压越低容值大。在一些通信线路中，其电压越低容值大。在一些通信线路中， 其电压越低容值大。在一些通信线路中，其电压越低容值大。在一些通信线路中，其电压越低容值大。在一些通信线路中，其电压越低容值大。在一些通信线路中，其电压越低容值大。在一些通信线路中要注意 TVSTVSTVS的结电容，不能影响 的结电容，不能影响电路正常工作。

4.6 封装形式

TVS的功率从封装形式上也可以体现，积越小其一般因为的功率从封装形式上也可以体现，积越小其一般因为 TVS 的芯片面积直接决定了的芯片面积直接决定了 TVS 的功率等级。电路工程师可根据设计及测试要求选择合适封装的 TVS 器件。