一文精通TVS计算及选型

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1、提到TVS，大部分电子工程师基本都知道是用来端口防护的，防止端口 瞬间的电压冲击造成后级电路的损坏。由于其在电路中的极其重要的地位， 但是，针对TVS的选型过程，很多厂家都是直接给推荐电路，直接告诉设计 者答案选择哪个器件，却很少对选型过程提供理论计算，大部分的电子工程 师针对TVS选型的时候，老人凭经验，新人凭参考，一旦更换厂家或者更换 测试条件，就无从下手了，本文就专门解决该问题，让新人老人对 TVS选型 都能得心应手。01TVS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

2、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。02TVS关键参数工欲善其事，必先利其器，要用好TVS，必须先了解其关键的参数。V

3、rwm截止电压：TVS 的最高工作电压，可连续施加而不引起 TVS 劣化或损坏的最高工作峰 值电压或直流峰值电压。对于交流电压，用最高工作电压有效值表示，在 V RWM下，TVS认为是不工作的，即是不导通的。换一句话，电路的最高工作电 压必须小于Vrwm，否则将会导致TVS动作导致电路异常。(2) I R 漏电流：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, I R应在规定值范围内。对 TVS 两端施加电压值为 V RWM ，从电流表中读出的电 流值即为TVS的漏电流I R。对于同功率和同电压的TV

4、S,在V RWM W10V 时，双向 TVS 漏电流是单向 TVS 漏电流的 2 倍。对于一些模拟端口，漏电流 会影响AD的采样值，所以TVS的漏电流越小越好。(3) V BR 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 I T 或接近发 生雪崩的电流条件下测得TVS两端的电压。测试的电流It 一般选取10mA左右, 施加的电流的时间不应超过400ms,以免损坏器件，V BR MIN 和V BR MAX . 是TVS击穿电压的一个偏差，一般TVS为5%的偏差。测量时，V BR落在V BR MIN 和 V BR MAX 之间视为合格品。(4) I PP 峰值脉冲电流 ，V

5、C 钳位电压峰值脉冲电流，给定脉冲电流波形的峰值。TVS 一般选用10/1000 口s电 流波形。钳位电压，施加规定波形的峰值脉冲电流I PP时，TVS两端测得的 峰值电压。I PP及V C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V C这个参数。对于相同型号TVS，在相同I PP下的V C 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I PP , 同型号的 TVS，I PP 越大，耐脉冲电流冲击能力越强。结电容CI,漏电流Ir；结电容是TVS中的寄生电容，在高速IO端口保护

6、需要重点关注，过大的结 电容可能会影响信号的质量。漏电流主要带来了功率的损耗，或者是在模拟信 号中，会影响AD信号的采样值。tr=10psOO1主罷-% wouno 2 扔3d Meud Peak valuei 1 I rTj=25CPulse Width（鮎）is defined as the point where the peak current decays to 50% of lPPM5010/1000ps Waveformas defines by R.E.A2.03.04.0bTime(ms)图2,厂家一般都是提供10/1000s的测试波形bp魁弼中电流Ippw额4值嘛申电流 v

7、cv0R葩电圧It 跻直流般电流Vrwm 最高工作电压Ir漏电流(帥电流)图3 : TVS的关键参数03TVS选型过程了解了 TVS的基本参数，我们就开始进入最重要的TVS选型的过程了。选 择TVS之前，我们首先要明白选择的终极目标：1. 电压合适能保护后级电路；2. 引入的TVS的结电容不能影响电路；3. TVS功率余量充足，满足测试标准，且不能比保险管先挂。选型的过程可以 按照以下的步骤进行：(1)选择TVS最高工作电压Vrmw； 选择TVS钳位电压VC；选择TVS的功率；评估漏电流Ir的影响；(5) 评估结电容的影响；选择TVS最高工作电压Vrmw；在电路正常工作情况下，TVS应该是不工

8、作的，即处于截止状态，所以TVS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电路工作。但是 TVS 的工作电压高低也决定了 TVS 钳位 电压的高低，在截止电压大于线路正常工作电压的情况下，TVS工作电压也不 能选取的过高，如果太高，钳位电压也会较高，所以在选择 Vrwm 时，要综合 考虑被保护电路的工作电压及后级电路的承受能力。要求Vrwm要大于工作电压, 否则工作电压大于Vrwm会导致TVS反向漏电流增大，接近导通，或者雪崩击穿, 影响正常电路工作。综合考虑，Vrwm可以参考以下的公式：Vrwml.l1.2*VCC ； 其中VCC为电路的最高工作电

9、压。选择选择TVS钳位电压VC；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电压，VC与 TVS的雪崩击穿电压及I PP都成正比。对于同一功率等级的TVS，其击穿电 压越高V C也越高，所选TVS的最大箝位电压Vc不能大于被防护电路可以承 受的最大电压。否则，当TVS钳在Vc时会对电路造成损坏。Vc可以参考以下 的公式：VCVVmax ；其中Vmax为电路能承受的最高电压.选择TVS的功率Pppm （或者Ipp）；TVS 产品的额定瞬态功率应大于电路中可能出现的最大瞬态浪涌功率，理 论上，TVS的功率越大越好，能够承受更多的冲击能量和次数，但是功率越高， TVS的封装越大，价钱也越高

10、，所以，TVS的功率满足要求即可。对于不同功率 等级的TVS，相同电压规格的TVS其V C值是一样的，只是I PP不同。故 Pppm与Ippm成正比，Ippm越大，Pppm也越大。对于某一电路 ，有对应的测试要求，设实际电路中的最大测试电流为Iactual ，则 Iactual 可估算为：Iactual二Uactual/Ri；其中Uactual为测试电压，Ri为测试内阻。TVS要通过测试，故实际电路中要求lO/lOOOs波形下TVS的最小功率 P actual为：其中di/dt为波形转换系数，如实际测试波形为其他波形，如8/20 口 s波形，建议di/dt取，如测试波形为10/1000 US，

11、取，实际 选型中，TVS应留有一定的裕量，TVS的功率PPMP选择应遵循PppmPactual。根据所选的TVS的结电容和漏电流评估影响如果TVS用在高速IO端口防护、模拟信号采样、低功耗设备场合，就需 要考虑结电容和漏电流的影响，两则的参数越小越好。04TVS选型距离数据都是无趣的，我们以实际的案例举例。电路的正常工作电压VCC是24V，最高工作电压Vmax是26V,后级电路可承 受的最高瞬态电压为50V，实验的测试波形为8/20us波形，测试电压500V， 测试电源内阻及PPTC的静态电阻合计为2Q。根据上述信息选择合适的TVS。图4 ：设计举例1）选择TVS最高工作电压 Vrmwl.l1

12、.2 *VCC=2628V2）选择选择TVS钳位电压 VCVVmax=50V3）计算实际测试波形功率： Pact=Vc*=50*（500/3）*1/2=4166W根据计算结果，可以选用5.0SMDJ26A这个TVS，由于这个TVS用在电源端 口，结电容和漏电流基本可以忽略不计。Pairt NumberDevice： Marking CodeReverseStand-OffVoltege如MBreakctown Voltage ItTest CurrenlMaxEmumClampingVblttigeVc(V)Peak Pules CLirrnlIppCA)Reverse Leskag VwmM(护)UnNirectioBidirectionalUNIBE5.GSMDJ26A5.0SMDJ26CA5PFE.56FE26028.90-31.90142.1119.002图5 : 5.0SMDJ26A TVS关键参数