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瞬態抑制二極管-TVS管怎么選型

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2022-04-21 00:20:20 53

TVS全稱是 transient voltage suppressor，瞬態電壓抑制器，它是一種保護器件。TVS管也屬于二極管，只不過特性與二極管的有區別，它的工作原理與穩壓二極管類似，也是利用反向擊穿穩定電壓，但TVS管的響應速度要快于穩壓管。

當電路中的TVS管受到反向瞬態高能量沖擊時，它能以極高的速度（幾百皮秒）將兩級間的阻抗變為低阻抗，起到很好的浪涌功率吸收作用，同時也能使兩級之間的電壓保持在一個范圍內，達到有效保護電路中其他元器件的免受浪涌脈沖的損壞。

TVS管和ZenerDiode兩者比較可以參考下面描述

一、相同點

1）均可以將器件的電壓限制在一定的范圍內。

2）長時間耐流值接近，跟體積功耗有關。

二、不同點

1）電壓精度，ZenerDiode的穩壓值比較精確，TVS是在一個范圍內；

2）通流能力，ZenerDiode耐涌浪電流很小，而TVS可以達到幾百A；

3）工作原理，ZenerDiode是齊納隧道效應或雪崩效應，TVS是雪崩效應；

4）電路應用，ZenerDiode用于穩壓，TVS用于瞬態高壓保護；

5）穩壓數值，ZenerDiode 3.3V~75V,TVS管6.8V～550V；

6）響應時間，ZenerDiode是 us級別，TVS可以達到1ps級別；

比較后就比較清楚了，穩壓二極管和TVS管是不可以相互替代的。

清楚了原理我們來看TVS管的一些參數，我們通過Datasheet來看，這樣比較直觀。

*欄和第二欄是和具體器件相關的，我們不管它。

Working PeakReverse Voltage VRWM (V)反向峰值電壓，這個參數是TVS管的工作電壓，在器件正常工作時，TVS管兩端的電阻達到很大，那么TVS管吸收的電流可以忽略不計。一般選型時，要求VRWM等于或略大于電路正常工作電壓。

Breakdown Voltage VBR(V) MIN &NOM&MAX @IT 為反向擊穿電壓，表示在直流電流IT條件下，測得TVS兩端的反向電壓值，含義是從此點開始元件進入反向雪崩擊穿。

Test Current IT(mA) 測試電流參數，是規定TVS的反向擊穿電壓值條件；

Claping Voltage @IPP Vc(V)最大鉗位電壓參數，在規定的脈沖時間tr/tp內，TVS承受最大峰值電流Ipp時，加在器件上的最大電壓值。

Maximum Peaking Pulse Current IPP(A) 最大脈沖電流，在規定的時間tr/tp內，器件所允許通過的最大峰值脈沖電流。

Reverse Leakage @VRWM IR(uA) 反向漏電流，即在工作電壓VRWM時，流經TVS管的反向漏電流。

此外，還有datasheet上，還會給出insert loss @ Freq，這些主要用在高速IO上保護的TVS，作為選型的重要依據。

了解了以上參數后，接下來就是選型的環節，從網上獲取到的信息，選型原則是

1）TVS額定反向關斷電壓VRWM應大于或等于被保護電路的最大工作電壓。

2）最小擊穿電壓VBR=VWM/KBR (其中，KBR=0.8～0.9)。

3）TVS的最大箝位電壓VC應小于被保護電路的損壞電壓，即VC=KC×VBR (其中，KC=1.3)。

④ 在規定的脈沖持續時間內，TVS的最大峰值脈沖功耗PM必須大于被保護電路內可能出現的峰值脈沖功率。在確定了最大箝位電壓后，其峰值脈沖電流應大于瞬態浪涌電流。

以下是實例計算分析：?

某機器工作電壓為DC12V，最大允許安全電壓25V（峰值），浪涌源的阻抗50MΩ，其干擾波形為方波，TP=1ms?，最大峰值電流50A。?選擇：?

1、先從工作電壓12V選取最大反向工作電壓VRWM為13V，表示在這個電壓下可以正常工作。

則擊穿電壓 V(BR) =VRWM /KBR=13/0.85=15.3V(取KBR=0.85)

擊穿電壓15.3V下，TVS開始動作。

2、然后依據VBR選取最大箝位電壓Vc(MAX)=1.30×V(BR)=19.89V，取 Vc=20V(取KC=1.3)，是指TVS管已經擊穿了，在一定條件下（脈沖時間tr/tp內，承受的最大峰值電流Ipp時）加在器件上的最大電壓值。

3、接著依據箝位電壓VC和最大峰值電流IP，得到方波脈沖功率：

PPR=VC×IP=20×50=1000W?

4、折合為TP=1msS指數波的峰值功率，折合系數K1=1.4，????

PPR=1000W÷1.4=715W?

從手冊中可查到1.5SMC16AT3G其中PPR=1500W，變位電壓VRWM=13.6V，擊穿電壓V(BR)=15.2V，最大箝位電壓Vc=22.5V，

最大浪涌電流IP=67A。可滿足上述設計要求，而且留有一倍的余量，不論方波還是指數波都適用

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