提(tí)到(dào)TVS，大(dà)部(bù)分(fēn)電(diàn)子工程师基本(běn)都知道(dào)是(shì)用(yòng)来(lái)端口(kǒu)防護的(de)，防止端口(kǒu)瞬間(jiān)的(de)電(diàn)壓冲擊造成(chéng)後(hòu)級電(diàn)路(lù)的(de)損壞。由于(yú)其(qí)在(zài)電(diàn)路(lù)中的(de)极其(qí)重(zhòng)要(yào)的(de)地(dì)位(wèi)，但是(shì)，針(zhēn)对(duì)TVS的(de)選型过(guò)程，很多(duō)廠(chǎng)家(jiā)都是(shì)直(zhí)接給(gěi)推薦電(diàn)路(lù)，直(zhí)接告訴設計(jì)者(zhě)答案(àn)選择哪个器件(jiàn)，卻很少(shǎo)对(duì)選型过(guò)程提(tí)供理(lǐ)論計(jì)算，大(dà)部(bù)分(fēn)的(de)電(diàn)子工程师針(zhēn)对(duì)TVS選型的(de)时(shí)候，老(lǎo)人(rén)憑經(jīng)验(yàn)，新(xīn)人(rén)憑參考，一(yī)旦更(gèng)換廠(chǎng)家(jiā)或(huò)者(zhě)更(gèng)換測試条(tiáo)件(jiàn)，就(jiù)無從下(xià)手(shǒu)了(le)，本(běn)文(wén)就(jiù)專門(mén)解(jiě)決該問(wèn)題(tí)，讓新(xīn)人(rén)老(lǎo)人(rén)对(duì)TVS選型都能(néng)得心(xīn)应手(shǒu)。
都是(shì)限制个電(diàn)壓，为(wèi)何人(rén)家(jiā)的(de)選型就(jiù)比我(wǒ)优秀？
工作(zuò)原理(lǐ)
TVS（Transient Voltage Suppressors），即瞬态電(diàn)壓抑制器，又稱雪崩擊穿二极管(guǎn)。它(tā)是(shì)采用(yòng)半導體(tǐ)工藝制成(chéng)的(de)單个 PN 結或(huò)多(duō)个 PN 結集成(chéng)的(de)器件(jiàn)。TVS 有(yǒu)單向與(yǔ)双(shuāng)向之(zhī)分(fēn)，單向 TVS 一(yī)般应用(yòng)于(yú)直(zhí)流供電(diàn)電(diàn)路(lù)，双(shuāng)向 TVS 应用(yòng)于(yú)電(diàn)壓交變(biàn)的(de)電(diàn)路(lù)。如(rú)图(tú) 1 所(suǒ)示，应用(yòng)于(yú)直(zhí)流電(diàn)路(lù)时(shí)單向 TVS 反(fǎn)向並(bìng)聯于(yú)電(diàn)路(lù)中，當電(diàn)路(lù)正(zhèng)常工作(zuò)时(shí)，TVS 處(chù)于(yú)截止狀态（高(gāo)阻态），不(bù)影響電(diàn)路(lù)正(zhèng)常工作(zuò)。當電(diàn)路(lù)出(chū)現(xiàn)异(yì)常过(guò)電(diàn)壓並(bìng)达(dá)到(dào)TVS（雪崩）擊穿電(diàn)壓时(shí)，TVS 迅速由高(gāo)電(diàn)阻狀态突變(biàn)为(wèi)低(dī)電(diàn)阻狀态，洩放(fàng)由异(yì)常过(guò)電(diàn)壓導致(zhì)的(de)瞬时(shí)过(guò)電(diàn)流到(dào)地(dì)，同(tóng)时(shí)把(bǎ)异(yì)常过(guò)電(diàn)壓鉗制在(zài)較低(dī)的(de)水(shuǐ)平，從而(ér)保護後(hòu)級電(diàn)路(lù)免遭(zāo)异(yì)常过(guò)電(diàn)壓的(de)損壞。當异(yì)常过(guò)電(diàn)壓消失後(hòu)，TVS 阻值又恢複为(wèi)高(gāo)阻态。
图(tú)1 ：TVS工作(zuò)原理(lǐ)
關(guān)鍵參數
工欲善其(qí)事(shì)，必先(xiān)利其(qí)器，要(yào)用(yòng)好(hǎo)TVS，必須先(xiān)了(le)解(jiě)其(qí)關(guān)鍵的(de)參數。
(1) Vrwm截止電(diàn)壓：
TVS 的(de)最(zuì)高(gāo)工作(zuò)電(diàn)壓，可(kě)连續施加而(ér)不(bù)引起(qǐ) TVS 劣化(huà)或(huò)損壞的(de)最(zuì)高(gāo)工作(zuò)峰(fēng)值電(diàn)壓或(huò)直(zhí)流峰(fēng)值電(diàn)壓。对(duì)于(yú)交流電(diàn)壓，用(yòng)最(zuì)高(gāo)工作(zuò)電(diàn)壓有(yǒu)效值表(biǎo)示，在(zài) V RWM 下(xià)，TVS 認为(wèi)是(shì)不(bù)工作(zuò)的(de)，即是(shì)不(bù)導通的(de)。換一(yī)句話(huà)，電(diàn)路(lù)的(de)最(zuì)高(gāo)工作(zuò)電(diàn)壓必須小于(yú)Vrwm，否則将会(huì)導致(zhì)TVS動(dòng)作(zuò)導致(zhì)電(diàn)路(lù)异(yì)常。
(2) I R 漏電(diàn)流：
漏電(diàn)流，也(yě)稱待機(jī)電(diàn)流。在(zài)規定(dìng)温(wēn)度(dù)和(hé)最(zuì)高(gāo)工作(zuò)電(diàn)壓条(tiáo)件(jiàn)下(xià)，流过(guò) TVS 的(de)最(zuì)大(dà)電(diàn)流。TVS 的(de)漏電(diàn)流一(yī)般是(shì)在(zài)截止電(diàn)壓下(xià)測量(liàng)，对(duì)于(yú)某一(yī)型号(hào) TVS, I R 应在(zài)規定(dìng)值範圍內(nèi)。对(duì) TVS 两(liǎng)端施加電(diàn)壓值为(wèi) V RWM ，從電(diàn)流表(biǎo)中读(dú)出(chū)的(de)電(diàn)流值即为(wèi) TVS的(de)漏電(diàn)流 I R 。对(duì)于(yú)同(tóng)功率和(hé)同(tóng)電(diàn)壓的(de) TVS，在(zài) V RWM ≤10V 时(shí)，双(shuāng)向 TVS 漏電(diàn)流是(shì)單向 TVS 漏電(diàn)流的(de) 2 倍。对(duì)于(yú)一(yī)些模拟端口(kǒu)，漏電(diàn)流会(huì)影響AD的(de)采樣(yàng)值，所(suǒ)以(yǐ)TVS的(de)漏電(diàn)流越小越好(hǎo)。
(3) VBR 擊穿電(diàn)壓:
擊穿電(diàn)壓，指在(zài) V-I 特(tè)性(xìng)曲(qū)線(xiàn)上(shàng)，在(zài)規定(dìng)的(de)脈冲直(zhí)流電(diàn)流 I T 或(huò)接近(jìn)發(fà)生(shēng)雪崩的(de)電(diàn)流条(tiáo)件(jiàn)下(xià)測得 TVS 两(liǎng)端的(de)電(diàn)壓。測試的(de)電(diàn)流It一(yī)般選取(qǔ)10mA左(zuǒ)右(yòu)，施加的(de)電(diàn)流的(de)时(shí)間(jiān)不(bù)应超过(guò)400ms，以(yǐ)免損壞器件(jiàn)，VBR MIN 和(hé) VBR MAX 是(shì) TVS 擊穿電(diàn)壓的(de)一(yī)个偏差，一(yī)般 TVS 为(wèi)±5%的(de)偏差。測量(liàng)时(shí)，V BR 落(là)在(zài) V BR MIN .和(hé) V BR MAX .之(zhī)間(jiān)視为(wèi)合格品。
(4) I PP 峰(fēng)值脈冲電(diàn)流 ，V C 鉗位(wèi)電(diàn)壓:
峰(fēng)值脈冲電(diàn)流，給(gěi)定(dìng)脈冲電(diàn)流波(bō)形的(de)峰(fēng)值。TVS 一(yī)般選用(yòng) 10/1000μs 電(diàn)流波(bō)形。鉗位(wèi)電(diàn)壓，施加規定(dìng)波(bō)形的(de)峰(fēng)值脈冲電(diàn)流 I PP 时(shí)，TVS 两(liǎng)端測得的(de)峰(fēng)值電(diàn)壓。I PP 及(jí) V C 是(shì)衡量(liàng) TVS 在(zài)電(diàn)路(lù)保護中抵抗浪湧脈冲電(diàn)流及(jí)限制電(diàn)壓能(néng)力的(de)參數，这(zhè)两(liǎng)个參數是(shì)相互聯系(xì)的(de)。对(duì)于(yú) TVS 在(zài)防雷(léi)保護電(diàn)路(lù)中的(de)鉗位(wèi)特(tè)性(xìng)，可(kě)以(yǐ)參考 V C 这(zhè)个參數。对(duì)于(yú)相同(tóng)型号(hào) TVS，在(zài)相同(tóng) I PP 下(xià)的(de)V C 越小，说明 TVS 的(de)鉗位(wèi)特(tè)性(xìng)越好(hǎo)。TVS 的(de)耐脈冲電(diàn)流冲擊能(néng)力可(kě)以(yǐ)參考 I PP ，同(tóng)型号(hào)的(de) TVS，I PP 越大(dà)，耐脈冲電(diàn)流冲擊能(néng)力越強(qiáng)。
(5) 結電(diàn)容CI，漏電(diàn)流Ir:
結電(diàn)容是(shì)TVS中的(de)寄生(shēng)電(diàn)容，在(zài)高(gāo)速IO端口(kǒu)保護需要(yào)重(zhòng)點(diǎn)關(guān)注，过(guò)大(dà)的(de)結電(diàn)容可(kě)能(néng)会(huì)影響信(xìn)号(hào)的(de)質(zhì)量(liàng)。漏電(diàn)流主要(yào)带来(lái)了(le)功率的(de)損耗，或(huò)者(zhě)是(shì)在(zài)模拟信(xìn)号(hào)中，会(huì)影響AD信(xìn)号(hào)的(de)采樣(yàng)值。
图(tú)2 ：廠(chǎng)家(jiā)一(yī)般都是(shì)提(tí)供10/1000μs的(de)測試波(bō)形
图(tú)3 ：TVS的(de)關(guān)鍵參數
選型过(guò)程
了(le)解(jiě)了(le)TVS的(de)基本(běn)參數，我(wǒ)们(men)就(jiù)開(kāi)始(shǐ)進(jìn)入最(zuì)重(zhòng)要(yào)的(de)TVS選型的(de)过(guò)程了(le)。選择TVS之(zhī)前(qián)，我(wǒ)们(men)首先(xiān)要(yào)明白(bái)選择的(de)終(zhōng)极目标(biāo)：
1.電(diàn)壓合适能(néng)保護後(hòu)級電(diàn)路(lù)；
2.引入的(de)TVS的(de)結電(diàn)容不(bù)能(néng)影響電(diàn)路(lù)；
3.TVS功率餘量(liàng)充足，滿足測試标(biāo)準，且(qiě)不(bù)能(néng)比保險管(guǎn)先(xiān)挂。
選型的(de)过(guò)程可(kě)以(yǐ)按照以(yǐ)下(xià)的(de)步驟進(jìn)行：
1.選择TVS最(zuì)高(gāo)工作(zuò)電(diàn)壓Vrmw；
2. 選择TVS鉗位(wèi)電(diàn)壓VC；
3.選择TVS的(de)功率；
4.評估漏電(diàn)流Ir的(de)影響；
5.評估結電(diàn)容的(de)影響；
選择TVS最(zuì)高(gāo)工作(zuò)電(diàn)壓Vrmw在(zài)
電(diàn)路(lù)正(zhèng)常工作(zuò)情(qíng)況下(xià)，TVS 应該是(shì)不(bù)工作(zuò)的(de)，即處(chù)于(yú)截止狀态，所(suǒ)以(yǐ) TVS 的(de)截止電(diàn)壓应大(dà)于(yú)被(bèi)保護電(diàn)路(lù)的(de)最(zuì)高(gāo)工作(zuò)電(diàn)壓。这(zhè)樣(yàng)才能(néng)保證 TVS 在(zài)電(diàn)路(lù)正(zhèng)常工作(zuò)下(xià)不(bù)会(huì)影響電(diàn)路(lù)工作(zuò)。但是(shì) TVS 的(de)工作(zuò)電(diàn)壓高(gāo)低(dī)也(yě)決定(dìng)了(le) TVS 鉗位(wèi)電(diàn)壓的(de)高(gāo)低(dī)，在(zài)截止電(diàn)壓大(dà)于(yú)線(xiàn)路(lù)正(zhèng)常工作(zuò)電(diàn)壓的(de)情(qíng)況下(xià)，TVS 工作(zuò)電(diàn)壓也(yě)不(bù)能(néng)選取(qǔ)的(de)过(guò)高(gāo)，如(rú)果(guǒ)太高(gāo)，鉗位(wèi)電(diàn)壓也(yě)会(huì)較高(gāo)，所(suǒ)以(yǐ)在(zài)選择 Vrwm 时(shí)，要(yào)綜合考慮被(bèi)保護電(diàn)路(lù)的(de)工作(zuò)電(diàn)壓及(jí)後(hòu)級電(diàn)路(lù)的(de)承受能(néng)力。要(yào)求Vrwm要(yào)大(dà)于(yú)工作(zuò)電(diàn)壓，否則工作(zuò)電(diàn)壓大(dà)于(yú)Vrwm会(huì)導致(zhì)TVS反(fǎn)向漏電(diàn)流增大(dà)，接近(jìn)導通，或(huò)者(zhě)雪崩擊穿，影響正(zhèng)常電(diàn)路(lù)工作(zuò)。綜合考慮，Vrwm可(kě)以(yǐ)參考以(yǐ)下(xià)的(de)公(gōng)式：
Vrwm≈1.1~1.2*VCC ；--------其(qí)中VCC为(wèi)電(diàn)路(lù)的(de)最(zuì)高(gāo)工作(zuò)電(diàn)壓。
選择選择TVS鉗位(wèi)電(diàn)壓VC
TVS 鉗位(wèi)電(diàn)壓应小于(yú)後(hòu)級被(bèi)保護電(diàn)路(lù)最(zuì)大(dà)可(kě)承受的(de)瞬态安(ān)全(quán)電(diàn)壓，VC 與(yǔ) TVS 的(de)雪崩擊穿電(diàn)壓及(jí) I PP 都成(chéng)正(zhèng)比。对(duì)于(yú)同(tóng)一(yī)功率等級的(de) TVS，其(qí)擊穿電(diàn)壓越高(gāo) V C 也(yě)越高(gāo)，所(suǒ)選TVS的(de)最(zuì)大(dà)箝位(wèi)電(diàn)壓Vc不(bù)能(néng)大(dà)于(yú)被(bèi)防護電(diàn)路(lù)可(kě)以(yǐ)承受的(de)最(zuì)大(dà)電(diàn)壓。否則，當TVS鉗在(zài)Vc时(shí)会(huì)对(duì)電(diàn)路(lù)造成(chéng)損壞。Vc可(kě)以(yǐ)參考以(yǐ)下(xià)的(de)公(gōng)式：
VC＜Vmax ；-----其(qí)中Vmax为(wèi)電(diàn)路(lù)能(néng)承受的(de)最(zuì)高(gāo)電(diàn)壓。
選择TVS的(de)功率Pppm（或(huò)者(zhě)Ipp）
TVS 産品的(de)额定(dìng)瞬态功率应大(dà)于(yú)電(diàn)路(lù)中可(kě)能(néng)出(chū)現(xiàn)的(de)最(zuì)大(dà)瞬态浪湧功率，理(lǐ)論上(shàng)，TVS的(de)功率越大(dà)越好(hǎo)，能(néng)够承受更(gèng)多(duō)的(de)冲擊能(néng)量(liàng)和(hé)次(cì)數，但是(shì)功率越高(gāo)，TVS的(de)封(fēng)装越大(dà)，价錢(qián)也(yě)越高(gāo)，所(suǒ)以(yǐ)，TVS的(de)功率滿足要(yào)求即可(kě)。对(duì)于(yú)不(bù)同(tóng)功率等級的(de) TVS，相同(tóng)電(diàn)壓規格的(de) TVS 其(qí) V C 值是(shì)一(yī)樣(yàng)的(de)，只(zhī)是(shì) I PP 不(bù)同(tóng)。故 Pppm 與(yǔ) Ippm成(chéng)正(zhèng)比，Ippm 越大(dà)，Pppm 也(yě)越大(dà)。对(duì)于(yú)某一(yī)電(diàn)路(lù) ，有(yǒu)对(duì)应的(de)測試要(yào)求，設實(shí)際電(diàn)路(lù)中的(de)最(zuì)大(dà)測試電(diàn)流为(wèi) Iactual ，則 Iactual 可(kě)估算为(wèi)：
Iactual=Uactual/Ri；---------其(qí)中 Uactual 为(wèi)測試電(diàn)壓，Ri为(wèi)測試內(nèi)阻。
TVS 要(yào)通过(guò)測試，故實(shí)際電(diàn)路(lù)中要(yào)求 10/1000μs 波(bō)形下(xià) TVS 的(de)最(zuì)小功率 P actual 为(wèi)：-------其(qí)中di/dt为(wèi)波(bō)形轉(zhuǎn)換系(xì)數，如(rú)實(shí)際測試波(bō)形为(wèi)其(qí)他(tā)波(bō)形，如(rú) 8/20μs波(bō)形，建議di/dt取(qǔ)，如(rú)測試波(bō)形为(wèi) 10/1000μs，取(qǔ)，實(shí)際選型中，TVS 应留有(yǒu)一(yī)定(dìng)的(de)裕量(liàng)，TVS 的(de)功率PPMP 選择应遵循Pppm＞Pactual。
根(gēn)據(jù)所(suǒ)選的(de)TVS的(de)結電(diàn)容和(hé)漏電(diàn)流評估影響
如(rú)果(guǒ)TVS 用(yòng)在(zài)高(gāo)速IO端口(kǒu)防護、模拟信(xìn)号(hào)采樣(yàng)、低(dī)功耗設備场(chǎng)合，就(jiù)需要(yào)考慮結電(diàn)容和(hé)漏電(diàn)流的(de)影響，两(liǎng)則的(de)參數越小越好(hǎo)。
選型舉例
數據(jù)都是(shì)無趣的(de)，我(wǒ)们(men)以(yǐ)實(shí)際的(de)案(àn)例舉例：
電(diàn)路(lù)的(de)正(zhèng)常工作(zuò)電(diàn)壓VCC是(shì)24V，最(zuì)高(gāo)工作(zuò)電(diàn)壓Vmax是(shì)26V,後(hòu)級電(diàn)路(lù)可(kě)承受的(de)最(zuì)高(gāo)瞬态電(diàn)壓为(wèi)50V，實(shí)验(yàn)的(de)測試波(bō)形为(wèi) 8/20μs波(bō)形，測試電(diàn)壓500V，測試電(diàn)源內(nèi)阻及(jí)PPTC的(de)静(jìng)态電(diàn)阻合計(jì)为(wèi)2Ω。根(gēn)據(jù)上(shàng)述信(xìn)息選择合适的(de)TVS。
图(tú)4：設計(jì)舉例
1) 選择TVS最(zuì)高(gāo)工作(zuò)電(diàn)壓
Vrmw≈1.1~1.2*VCC=26~28V
2) 選择選择TVS鉗位(wèi)電(diàn)壓
VC＜Vmax=50V
3) 計(jì)算實(shí)際測試波(bō)形功率：
Pact=50*（500/2）*1/3=4166W
根(gēn)據(jù)計(jì)算結果(guǒ)，可(kě)以(yǐ)選用(yòng)5.0SMDJ26A这(zhè)个TVS，由于(yú)这(zhè)个TVS用(yòng)在(zài)電(diàn)源端口(kǒu)，結電(diàn)容和(hé)漏電(diàn)流基本(běn)可(kě)以(yǐ)忽略不(bù)計(jì)。
图(tú)5 ：5.0SMDJ26A TVS關(guān)鍵參數
