一、工作原理

TVS（Transient Voltage Suppressors），瞬态电压抑制二极管，又称雪崩击穿二极管。他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一般有单向与双向之分，单向一般用于直流供电电路，双向一般用于电压交变电路。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。当电路出现异常电压且电压值大于TVS二极管击穿电压时，二极管迅速由高电阻状态变为低电阻状态，泄放由异常过电压导致的瞬时过电流到地线，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而损坏。当异常过电压消失后，TVS阻值又恢复为高阻态。

二、关键参数

1、截止电压Vrwm

TVS的最高工作电压，在Vrwm电压值以下，TVS是不导通的，电压值大于Vrwm，二级管将会导通。即电路的最高工作电压必须小于Vrwm，否则TVS将会动作导致电路异常；

2、漏电流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的，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，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。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、击穿电压Vbr

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的TVS两端的电压。测试的电流It一般选取10mA左右，施加的电流时间一般不会超过400ms，以免损坏器件。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，V BR 落在 V BR MIN和 V BR MAX之间视为合格品。

4、峰值脉冲电流 Ipp，钳位电压Vc

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。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。

5、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。

三、TVS选型

1、选型目标

（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。

2、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；

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：

Vrwm ≈（1.1~1.2）*Vcc ；

其中Vcc为电路的最高工作电压。

（2）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 Ipp 都成正比。对于同一功率等级的 TVS，其击穿电压越高 Vc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：

VC＜Vmax ；

其中Vmax为电路能承受的最高电压。

（3）选择TVS的功率；

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，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 Vc值是一样的，只是 Ipp 不同。故 Pppm 与 Ippm成正比，Ippm 越大，Pppm 也越大，其计算公式为：

Pppm = Vc *Ipp

其中，Vc 为TVS二极管的钳位电压，Ipp 为TVS二极管在10/1000μs 波形的峰值脉冲电流。

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 I actual ，则 I actual 可估算为：

I actual=U actual/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10/1000us波形下的最小功率P actual为：

P actual = Vc * I actual * k * p1/p2 = Vc * (U actual/Ri )* k * (p1/p2)

其中，k * (p1/p2)为波形转换系数，如测试波形为8/20us，建议k * (p1/p2)取 1/(3~5) ，如测试波形为10/700us，建议k * (p1/p2)取 1/(1.5~2)。实际选型中，TVS 应留有一定的裕量，TVS 的功率Pppm 选择应遵循Pppm＞Pactual。

（4）评估漏电流Ir的影响和结电容的影响；

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。

注：大部分摘自公众号 8号线工程师

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TVS二极管的工作原理与选型

一、工作原理

二、关键参数

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