TVS的工作原理及优化方案

瞬态电压亦称瞬变电压，它是由于储存的电能在极短时间内突然释放而造成的，亦可由大电感或雷击等诱因所致。瞬态电压源的量值示例参见表16-17。令瞬态电压的峰值为U_P，表中的生成时间（t₁）是指瞬态电压从10%U_P升至90%U_P的时间；持续时间（t₂）是指瞬态电压从10%U_P开始升高、直至降到50%U_P的持续时间。雷击和静电放电瞬态电压源的典型测试波形分别如图16-17a、b所示。由图可见，雷击瞬态电压的生成时间为μs数量级，而静电放电瞬态电压的生成时间低至ns数量级，二者相差3个数量级。

表16-17 瞬态电压源的量值示例

瞬态电压抑制器亦称瞬变电压抑制二极管，其英文缩写为TVS（Transient Voltage Sup-pressor），是一种新型过电压保护器件。TVS的结构特点是其PN结具有雪崩效应且截面积远大于常规半导体二极管。一旦出现反向瞬态电压，TVS就开始导电，并通过雪崩效应来钳制瞬态电压。由于它的响应速度极快、钳位电压稳定、能承受很大的峰值脉冲功率、体积小、价格低，因此可用作瞬态过电压保护器件。TVS器件分以下三种类型：单向瞬态电压抑制器（简称单向TVS）；双向瞬态电压抑制器（简称双向TVS）；TVS阵列。目前国外研制的TVS器件，峰值脉冲功率已达60kW，最高峰值脉冲电流可达20kA，钳位电压从5V到3kV。美国Littelfuse公司最新推出采用SMA封装的SMF系列TVS，最大高度仅为1.1mm，却可承受200W的峰值脉冲功率。

常用TVS的主要性能指标见表16-18，表中所列参数是在25℃室温下测得的。稳态功率一般为5W。峰值脉冲功率分为500W、600W、1500W、5000W、15000W等规格，与干扰脉冲的占空比（D）及环境温度（T_A）有关。U_BM是指在高温、大电流条件下钳位电压的最大值。

图16-17 两种瞬态电压的典型测试波形

a）雷击时瞬态电压的典型测试波形 b）静电放电时瞬态电压的典型测试波形

表16-18 常用TVS的主要性能指标

（续）(www.xing528.com)

以P6KE系列为例，表16-18中P6KE200（C）A所对应的型号总共有4种：P6KE200，P6KE200A，P6KE200C，P6KE200CA。型号中尾缀不带C的为单向TVS（如P6KE200、P6KE200A），尾缀带C的为双向TVS（如P6KE200C、P6KE200CA），尾缀A表示钳位电压的允许公差为±5%（如P6KE200A），尾缀不带A的表示钳位电压的允许公差为±10%（如P6KE200）。单向TVS的钳位响应时间仅为1ps，双向TVS的钳位响应时间为1ns。对于P6KE系列，靠近白色环的引脚为正极。TVS也可串联或并联使用，以提高峰值脉冲功率，但在并联时各器件的U_B值应相等。

单向瞬态电压抑制器的外形、符号及伏安特性曲线如图16-18a、b、c所示。图16-18c中的U_C为在1ms时间内可承受的最大电压，U_R为导通前加在器件上的最大额定电压，U_B为钳位电压，有关系式U_R=0.8U_B。I_R为反向击穿时的漏电流，一般小于10μA。I_P为TVS可承受的最大峰值电流。单向瞬态电压抑制器只能同时抑制一种极性的干扰信号，适用于直流电路。

双向瞬态电压抑制器的符号及伏安特性曲线分别如图16-19a、b所示。这类器件能同时抑制正向、负向两种极性的干扰信号，适用于交流电路。

图16-18 单向瞬态电压抑制器

a）外形 b）符号 c）伏安特性曲线

图16-19 双向瞬态电压抑制器

a）符号 b）伏安特性曲线