电磁兼容EMC：一文读懂TVS管选型设计

1 TVS管外观结构

2 TVS管常见品牌

编辑3 TVS管命名规则

4 TVS管工作原理

5 TVS基本特点

6 TVS典型应用

7 TVS管电气参数说明

7.1 VRWM 截止电压，IR 漏电流

7.2 VBR 击穿电压

7.3 IPP 峰值脉冲电流，VC 钳位电压

8 TVS选型注意事项

8.1 最高工作电压VRWM

8.2 TVS功率选型

8.3 VC 钳位电压

8.4 IR 漏电流

8.5 结电容

瞬态抑制二极管TVS作为电磁兼容设计中最常用的元器件之一，主要应用于防浪涌设计。本文详细说明了TVS的设计应用指南。

1 TVS管外观结构

TVS（Transient Voltage Suppressors），即瞬态电压抑制器，又称雪崩击穿二极管。它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。其封装有直插和贴片，主要区别在于瞬态功率大小。在瞬态功率满足的情况下，尽量选择贴片封装元器件，生产工艺简单成本低。

2 TVS管常见品牌

从某元器件采购平台搜索的主要国内外供应商名录。目前国内元器件与国际一流厂家的主要区别在于价格和批量一致性，以及某些极限参数指标。

3 TVS管命名规则

不同厂家的命名规则略有差异，但大体相同。如下前缀表示产品系列，需要注意的是数字有些表示击穿电压值，有的表示截止电压。因此在选型时，一定要对照规格书的命名规则来选，而不只是大概地看一下电压值。

4 TVS管工作原理

TVS 有单向与双向之分，单向TVS 一般应用于直流供电电路，双向TVS 应用于电压交变的
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。当电路出现异常过电压并达到TVS（雪崩）击穿电压时，TVS 迅速由高电阻状态突变为低电阻状态，泄放由异常过电压导致的瞬时过电流到地，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的损坏。当异常过电压消失后，TVS 阻值又恢复为高阻态。

TVS 的伏安特性曲线及相关参数说明如图2 所示，双向TVS 伏安特性曲线第一象限与第三象限极性相反，特性相似，如图3。当TVS 反向偏置时，TVS 有两种工作模式：待机（高阻抗）或钳制（相对的低阻抗），如图2 第三象限。在待机状态下，流过TVS 的电流称为待机电流（IR）或漏电流，该电流的大小随TVS 的结温而变化。在TVS 的伏安特性曲线中，由高阻抗（待机）向低阻抗（钳位）转变是雪崩击穿的开始，当TVS 完全雪崩击穿时， TVS 会瞬间把高电压转化为流过其体内的大电流并保持PN 结两端相对较低的钳位电压。

5 TVS基本特点

TVS 内部芯片为半导体硅材料，采用半导体工艺制成，具有较高的可靠性。
TVS 具有较低的动态内阻，钳位电压低。
TVS 较其他过压保护器件，具有较快的响应速度。
TVS 电压精度高，击穿电压一般为±5%的偏差，在特殊应用场合，还可以通过工艺改善或参数筛选达到更高的精度。
TVS 封装多样化，贴片封装有SOD-123、SMA(DO-214AC)、SMB(DO-214AA)、SMC(DO-214AB)、DO-218AB等，插件封装有DO-41、DO-15、DO-201、P-600 等。
TVS 在 10/1000μs 波形下瞬态功率可达200W~30000W，甚至更高。在8/20μs 波形下瞬态峰值脉冲电流可达3kA、6kA、10kA、16kA、20kA 甚至更高。
工作电压范围可从3.3V~600V，甚至更高。

6 TVS典型应用

TVS 由于具有响应速度快，钳位电压低，电压精准等优点，因而应用于对保护器件要求较高的场合，如汽车电子、工业控制、照明，通信等行业，如DC 电源线，RS485 接口，通信电源，I/O 口等。图4 至图7 是一些典型应用案例。

7 TVS管电气参数说明

以SMAJ5.0A型号的TVS管参数表，对电气参数一一说明

7.1 VRWM 截止电压，IR 漏电流

VRWM ，截止电压， TVS 的最高工作电压，可连续施加而不引起TVS 劣化或损坏的最大的直流电压或交流峰值电压。在VRWM 下，TVS 认为是不工作的，即是不导通的。
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，对于某一型号TVS, IR 应在规定值范围内。
VRWM 和IR 测试回路如图4 所示，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，其中虚线框表示单向TVS 测试回路。如对于我司型号为SMAJ5.0A 的TVS，当加在TVS 两端的电压为5VDC 时，流过TVS的电流应小于800μA。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。

7.2 VBR 击穿电压

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TVS 两端的电压。对于低压TVS，由于漏电流较大，所以测试电流选取的IT 较大，如SMAJ5.0A，测试电流IT 选取10mA。VBR 测试电路如图5 所示，使用脉冲恒流源对TVS 施加IT 大小的电流时，读出TVS 两端的电压则为击穿电压。电流施加时间应不超过400ms，
以免造成TVS 受热损坏。VBR MIN.和VBR MAX.是TVS 击穿电压的一个偏差，一般TVS 为±5%的偏差。

7.3 IPP 峰值脉冲电流，VC 钳位电压

IPP，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（图6）。
VC，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。

图7 为TVS 峰值脉冲电流（IPP），钳位电压（VC）测量试验回路示意图，测量时应考虑到TVS 的散热问题，两次测试时间间隔不能太短，以免对TVS 造成损坏。

以上对于TVS 的测量，图中所示电路为电路的基本原理，目前市面上有多种TVS 电性检测仪器，如晶体管图示仪，TVS检测仪等，浪涌发生器、TVS 逆向功率测试仪等。

8 TVS选型注意事项

8.1 最高工作电压VRWM

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。但是在电路正常工作下不会影响。但是 TVS的工作电压高低也决定了的工作电压高低也决定了 TVS钳位电压的高低，钳位电压的高低，在截止电压大于线路正常工作的情况下， TVS工作电压也不能选取的过高，如果太钳位会较所以工作电压也不能选取的过高，如果太钳位会较所以在选择 VRWM时，要综合考虑被保护电路的工作压及后级承受能力。

8.2 TVS功率选型

TVS产品的额定瞬态功率应大于电路中可能出现的最瞬态浪涌功率，具体参照如下计算方法。大于电路中可能出现的最瞬态浪涌功率，具体参照如下计算方法。
TVS的额定功率记为 PPPM，则 PPPM的功率可估算如下

其中， VC为 TVS的钳位电压， IPP 为 TVS在 10/1000μs波形的峰值脉冲电流。波形的峰值脉冲电流。对于不同功率等级的 TVS，相同电压规格的，相同电压规格的 TVS其 VC值是一样的，只值是一样的，只IPP 不同。故不同。故 PPPM 与 IPPM成正比， IPPM越大， PPPM也越大。对于某一电路，有对应的测试要求，设有对应的测试要求，设实际电路中的最大测试流为 I actual，则 I actual可估算为：