瞬态抑制二极管TVS的原理与使用

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一.TVS基本原理

 

TVS（瞬态抑制二极管），又名雪崩击穿二极管，顾名思义是利用其雪崩击穿特性来抑制瞬态功率的器件。如下图所示，在电源电路与后级电路之间反向并联一个TVS，电源电压正常不超过TVS的最高工作电压，因此TVS对电路几乎无影响，而当电源因为一些原因出现高于TVS击穿阈值的电压时，TVS瞬间便被击穿，此时大电流将会通过TVS流向GND，消耗掉瞬间的大功率，因此后级电压也会随之降低，降低之后的电压被称为钳位电压。

 

 

 

二.TVS基本参数

 

 

1. 最高工作电压VRWM

 

由于TVS是反并联使用，且正常情况下其不工作，因此它的最高工作电压即其反向工作峰值电压（working peak reverse voltage），VRWM不能超过被保护的电路最高工作电压。这个电压在一些厂家中也是其额定电压。

 

2. 击穿电压VBR

 

 VBR即击穿电压Breakdown Voltage，其定义是达到一定的反向电流IT所对应的电压，IT一般是1～10ｍA。数据手册一般分为最大击穿电压VBR(min)与最小击穿电压VBR(max)，有时额定电压会介于两者之间。

 

3.峰值脉冲电流IPP

 

峰值脉冲电流一般是指施加10/1000μs电流波形图中对应的峰值电流。

 

 

4.钳位电压VC

 

钳位电压VC是指在TVS被施加规定的10/1000μs电流波形图时，TVS两端测得的峰值电压，意味着在规定电流条件下，经过TVS后的电压不会超过钳位电压。

 

5.正向压降VF

 

 VF是Forward Voltage，指TVS的正向压降，类似于普通二极管的正向压降。

 

 6.漏电流IR

 

 IR是指漏电流，即使加载TVS两端的电压低于其最高工作电压VRWM，也会有微小电流通过TVS，这个电流就是TVS的漏电流。额定电压越低的TVS漏电流越大，5V的TVS漏电流能达到几百微安，而12V的TVS漏电流一般不到10uA。

 

 7.峰值脉冲功率Ppp

 

峰值脉冲功率即在给定的条件下的脉冲功率，Ppp=VC*Ipp

 

 

三、TVS的选型要点

 

1.封装&功率

 

封装与功率有关，预估功率来选择封装，Ppp=VC*Ipp，在无法预估功率时，可以在PCB及成本允许的情况下尽可能用大封装。

 

2.单双向

 

双向TVS可以从正反两个方向吸收瞬时脉冲的大功率，因此双向TVS可以应用在交流场景中。同时双向TVS在级间电容等参数上与单项TVS不同，后续出文章专门介绍。

 

3. 应用场景

 

选型也要看其应用场景，如TVS可以用在电源输入口也可以用于CAN、USB等信号的防护上，当用于高速信号时，TVS的级间电容也是需要考虑的因素，后续专门写文章介绍级间电容。

 

4. VRWM与VC

 

 VRWM与VC是首要考虑的内容，例如一个5V电源给最大耐压11V的芯片供电，那我们选择并联TVS时可以选择额定电压6.8V的TVS，其最大工作电压VRWM为5.8V，最大击穿电压VBR(max)为7.14V，钳位电压VC为10.5V，钳位后不少过最大耐压11V。

 

 

同时也要意识到一个问题，上述举例正好卡在钳位电压极限，而随着近年来低功耗场景的日趋增长，IC的电压也来越低，其最大耐压也随之越来越低，如果5V供电下后级芯片耐压只有8V甚至7V如何进行过压保护? 此时除了TVS外还需要添加OVP保护电路，后续将写文章介绍OVP电路与集成OVP芯片。

 

5.漏电流IR

 

在低功耗场景下或者用于ADC采集等场景，漏电流造成的功耗或者误差不可以忽略，尤其是低功耗应用中的电压较低，而低额定电压的TVS漏电流较大，因此漏电流也是需要重点考虑的对象。

 

四、其他参数与应用

 

只介绍上述基本内容，如下图所示的集成TVS阵列与应用场景。

 

xutong

不知道怎么构建TVS的仿真，一般我都直接拿Zener去仿真这个东西