TVS管的使用場景、參數及選型

一、TVS管使用場景

TVS主要用于對電路元件進行快速過電壓保護。它能"吸收"功率高達數千瓦的浪涌信號。TVS具有體積小、功率大、響應快、無噪聲、價格低等諸多優點,它的應用十分廣泛，如:家用電器；電子儀器；儀表；精密設備；計算機系統；通訊設備;RS232、485及 CAN等通訊端口；ISDN的保護；I/O端口；IC電路保護；音、視頻輸入；交、直流電源；電機、繼電器噪聲的抑制等各個領域。也可以有效地對雷電、負載開關等人為操作錯誤引起的過電壓沖擊起保護作用。

TVS管通常用于保護器件，防止線路中的瞬間脈沖干擾打壞器件，干擾信號。TVS管能在很短的時間導通并把瞬態脈沖電壓鉗在一個穩定值，原理如下圖。常見的瞬間脈沖主要包括：靜電放電，接口插拔瞬間，浪涌，開關電源噪聲等。

二、TVS管參數及解釋

參考LRC公司型號LESD5Z5.0T1G的TVS管，規格書中一般會給出以下表格：

我們重點關注幾個主要選型參數：

VRWM：反向工作電壓，即電路正常工作時TVS管兩端所設的最大電壓，被保護的電路或器件正常工作電壓應小于VRWM，否則正常工作就觸發TVS管，這是不合理的。

VBR：擊穿電壓/血崩電壓，即TVS管被擊穿而引發雪崩效應（阻抗驟然降低）的電壓值，通常這個值為1.1~1.3倍的VRWM。選型中不太需要關注這個值。

VC：最大鉗位電壓，施加規定波形的脈沖電流Ipp時，在TVS管兩端的最大電壓，即管子能將脈沖電壓限制在這個值以下，以保護器件。選型時要使VC小于器件/引腳的最大耐壓值，否則TVS管加了等于沒加。

IR：最大反向漏電流（VRWM條件下），即電路正常工作時流經管子的最大漏電流。

Ipp：最大反向浪涌峰值電流，即遇到瞬間脈沖干擾時能夠流過的最大電流值，這個值越大表示抑制浪涌能力越強。最大峰值電流對應最大鉗位電壓。

Ppp：最大峰值脈沖功率，通常來說 峰值脈沖功率=峰值脈沖電流x最大鉗位電壓。但其還與脈沖波形，環境溫度，持續時間有關，所以規格書一般不相等。以規格書為準。峰值脈沖功率選擇時，要大于電路中可能出現的最大瞬態浪涌功率。

Cj：極間電容，即TVS管引腳的寄生電容。在信號傳輸電路保護時，信號速率越高，極間電容應越小。電容選擇建議如下圖：

三、TVS管工作選型

查各種資料，對上述的關鍵參數選型建議都比較一致：

VRWM和VC好選，電路中的最大工作電壓和引腳的最大耐壓都是具體明確的數值，對著數值選即可。Cj也好選，通常在高速信號接口會特別關注Cj，根據上面的選擇建議選就好。

那么，對著類似于下面的參數選型表格，Ipp和Ppp到底怎么選呢？理應先確定電路的干擾脈沖情況,根據干擾脈沖的波形、脈沖持續時間,確定能夠有效抑制該干擾的TVS峰值脈沖功率再去選。但是可能出現的峰值脈沖功率和瞬態浪涌電流又是多少呢？這幾個參數多少有點讓人感覺云里霧里。

回到開頭，我們說到了TVS管主要用于針對靜電放電，浪涌的電路保護。如果說TVS管是用來防靜電的，用在接口處或產品與用戶經常接觸的地方如按鍵，外部通信接口。那么關注的參數就是器件本身的特性參數，如下圖所示：

可以發現廠家其實已經給出了管子能夠保護的范圍，這樣的話就根據產品實際的靜電或浪涌測試需求來選擇管子，不用非要按照脈沖功率，峰值電流來進行計算，這樣還要去弄根據靜電標準，EFT，浪涌標準以及功率，這樣計算選型實則大大降低了產品開發效率。

如果知道比較準確的浪涌電流Ipp，那么可以利用VC來確定其功率。如果無法確定功率和峰值電流的大概范圍，一般來說，滿足基本條件（VRWM，VC，Cj）的情況下，選擇功率和電流大一些的比較好。

除了關鍵性能參數，還有極性選擇，封裝選擇等選擇依據。

單極性還是雙極性：常常會出現這樣的誤解即雙向TVS用來抑制反向浪涌脈沖，其實并非如此。雙向TVS用于交流電或來自正負雙向脈沖的場合。TVS有時也用于減少電容。如果電路只有正向電平信號，那么單向TVS就足夠了。TVS操作方式如下：正向浪涌時,TVS處于反向雪崩擊穿狀態；反向浪涌時，TVS類似正向偏置二極管一樣導通并吸收浪涌能量。在低電容電路里情況就不是這樣了。應選用雙向TVS以保護電路中的低電容器件免受反向浪涌的損害。

封裝：有些通信接口同時需要多根線（2根，4根或更多），如果使用單個的TVS管就需要并相同數量的管子，占用PCB空間。而選擇集成封裝（DNF）的TVS管通常有多路，使用較少的器件就可以。

四、總結

TVS設計出來的目的就是為了能夠有效的抑制那些非常高的瞬態電壓，如靜電、浪涌。能夠讓這些具有破壞性的能量限制在一定水平，從而保護產品。所以可以看出，這些器件的真正意義是為了產品在實際使用中和測試時出現的過壓保護。實際做產品的過程中需要考慮的因素太多，無法顧全實現完美設計，考慮最關鍵的參數，給足余量，參考其他產品以及出貨的情況，優化設計，才是工程師要做的事。