TVS參數含義及選型參考

6.14 TVS二極管的選用

雪崩器件（avalanche device），在規定電壓擊穿并導通的二極管、氣體放電管或其它器件，這里的TVS二極管也是一種雪崩器件，依賴雪崩效應達到鉗位保護的作用，還是要強調一下，保護器件的選用依據一定是根據行業要求的測試標準來定的，不同的行業對測試的強度或等級是不同的，必須根據實際產品進行選用和測試驗證。

6.14.1 TVS二極管的測試標準

無論是安規還是電磁抗擾度試驗中，安全或保護器件都需要依據對應的標準進行認證測試，然后才能在市場上售賣，這些測試認證的數據也是硬件設計的依據，對于TVS二極管參數的試驗標準：GB/T 18802.321-2007 低壓電涌保護器元件 第321部分 雪崩擊穿二極管（ABD）規范，該標準等同于國際標準IEC 61643-321:2001

根據GB/T 18802.321-2007 中第6章第4節（6.4），驗證符合雪崩二極管的設計規定的不使器件失效的沖擊電流值。應采用10/1000us（或8/20us）的電流波形，驗證該器件承受多次峰值脈沖電流額定值。沖擊電流每45s施加一次。對于對稱器件，每種極性以施加10個連續脈沖進行試驗，失效判定根據第7章的規定進行判斷。

10/1000us電流波形，是電流上升到峰值的時間tr=10us和電流峰值下降到峰值一半的時間1000us，是波形形狀的描述，不是比值。

< 10/1000us電流波形 >

多數TVS二極管的制造廠家只采用10/1000us的電流進行沖擊測試，因為這是標準要求的，然而在實際中，由于TVS二極管應用在電源或低速的信號接口，來處理電磁干擾信號，比如浪涌（Surge）、快速脈沖群（EFT）或靜電放電（ESD），所以這時候我們就要知道我們選定的這個TVS二極管到底符不符合這些應用，如根據IEC6100-4-5標準，電源接口的浪涌沖擊電流波形：8/20us；根據IEC6100-4-4標準，快速脈沖群沖擊電流波形：5/50ns；根據IEC6100-4-2標準，靜電放電的等級測試要求。所以當你選擇這些器件器件時，必須明確應用要求，確認這些器件能夠滿足你需要通過的EMS等級要求。

< ST某型號TVS滿足的標準要求 >

6.14.2 常用TVS的峰值功率

TVS二極管（Transient Voltage Suppression Diodes）：即瞬態電壓抑制二極管，常見的TVS封裝分別為SMA、SMB、SMC以及SMD，對應10/1000us電流波形的常規峰值功率分別為400W、600W、1500W和3000W，峰值功率是最大箝位電壓（Vc）和峰值脈沖電流（Ipp）的乘積，同一個封裝或系列的TVS二極管，這個值是一個定值或常數，這也意味著箝位電壓越高，峰值脈沖電流越小，TVS二極管有雙向（型號結尾帶C）和單向之分。

如下表，對于SMD封裝的TVS二極管來說，不同規格的TVS二極管，它們的峰值脈沖電流（Peak Pulse Current Ipp（A））和對應的最大箝位電壓（Max Clamping Voltage Vc（V）@Ipp）乘積都是接近3000W這個值的，即箝位電壓Vc越大，對應峰值脈沖電流越小，但是都保持了這個封裝對應的峰值功率。

< 某SMD封裝的TVS數據手冊-部分 >

6.14.3 常用TVS二極管的型號含義

TVS二極管有直接表示反向阻斷電壓的，有反應該TVS的峰值功率的，也有表示擊穿電壓的。

SMAJxxxCA，其中A表示擊穿電壓VBR的公差是5%

我們從上面了解到，常見TVS封裝對應的功率、常規的擊穿電壓和截止電壓表示，但有些器件還有特殊表達的含義，這里我們再一一列舉：

P6KE

6.14.4 TVS二極管的參數和選取

箝位電壓值，也就需要量化保護接口的電壓，以便選擇合適的箝位電壓VC；

單向和雙向TVS二極管的伏安特性曲線如下，伏安特性曲線可以看出單向TVS二極管的正向特性就是一個普通的二極管，單向TVS工作在反向狀態，雙向TVS可以不管電路中的極性，在電路中任意使用，單向TVS在如單極性直流電路中使用，雙向的TVS可以使用在交流電路中，通常由于如一次側220V交流電路中的浪涌能量較大，而TVS容量相對較小，所以選用壓敏電阻，TVS更多的使用在直流防浪涌電路中。

< 單向和雙向TVS二極管伏安特性曲線 >

TVS的伏安特性曲線中的參數含義如下表：

<TVS參數含義表>

TVS的選取：

（1）首先選擇截止電壓VR，合適的選擇可以避免TVS二極管在正常情況下的無意義頻繁動作而引發損壞，通常VR選擇大于等于1~1.2倍的工作電壓，過小則會因電路中電壓正常的波動而發生動作，而過大則失去保護，通常需要根據電路中的情況來選擇，如二次電路中，通常是前級開關電源，后級是直流輸出，那么可以根據開關電源的過壓保護值來選取這個值，這種情況下通常是1.1~1.2倍的正常輸出電壓；對于二次側的DC-DC輸出值，則可以選擇與之對應的輸出電壓，這些都是經驗選擇，然而在一些對浪涌電壓敏感的電路中，需要找出敏感電壓值，來選取合適的截止電壓。

（2）確認單向還是雙向，單向適用于單極性電壓，雙極性可以適用于雙極性或交流電壓；

（3）峰值功率，當TVS作為一級保護或單獨使用保護時，要根據線路中出現的最大浪涌電流來選擇，通常也需要根據選用的浪涌測試標準來決定峰值功率，類似前面壓敏電阻的選擇。

6.14.5 TVS的瞬態性能和通用性

器件的瞬態性能：在大的瞬態變化過程中，TVS將開始箝位輸入信號，以保護下一級。雖然這可以防止故障條件下的損壞，但當預期輸入信號具有快速轉換率時，可能會導致較大的漏電流。更快的信號轉換速率將導致TVS箝位輸入信號，并在TVS中流過電流，這是由寄生電容引起的，從而增加信號的上升時間，如果信號頻繁發生快速轉換，那么將導致器件發熱，降低使用壽命，所以要根據使用場景來決定器件的最大電壓變化率-“dv/dt”。

TVS的通用性：TVS是用來抑制功率水平從幾十毫焦耳到數百焦耳不等的瞬態電壓脈沖，因此，它不僅能夠用來抑制ESD和Surge脈沖，而且也適用于EFT。它抑制瞬態脈沖電壓的機理對ESD、EFT和surge都是相同的。只是在使用時需要注意TVS的寄生電容，避免像信號傳輸類型的信號發生邊沿失真。