一、TVS简介：

电压及电流的瞬态干扰，是造成电子电路及设备损坏的主要原因，经常给人们带来无法估量的损失。这些干扰通常来自于电力设备的起停操作、交流电网的不稳定、雷电干扰及静电放电等，瞬态干扰几乎无处不在、让人防不胜防。

图1：被瞬态干扰损坏的芯片和电路板

以静电放电为例，它通常能释放超过10000V、60A以上的脉冲，并持续10ms。而一般的TTL半导体器件，在遇到超过30ms的10V脉冲时，便可能会导致损坏。在集成电路上精细的导电路径，通常无法承受所涉及的静电放电，造成芯片的直接损害和潜在伤害，而且随着器件越来越小型化，这些电子设备对静电放电会越来越敏感。这时候就需要用专用的TVS、MOV吸能保护器件，将这些具有破坏性的能量限制在一定水平，从而保护整机产品。

TVS（瞬变电压抑制二极管）是在稳压管工艺基础上发展起来的一种保护器件，主要用于对电路进行瞬态保护，当TVS两端经受瞬间高能量冲击时，它可以在10的-12次方秒量级的时间里，把器件两端间的阻抗变成低阻抗，吸收峰值高达数千瓦的浪涌功率，并将其迅速泄放到地层，从而将器件两端间的电压箝制在一个预定的数值上，能有效地保护电子线路中的精密元器件。

图2：TVS箝位保护原理

TVS的结电容通常在0.12pF至100pF之间，因此不会影响大部分电路的正常工作。还有一种专门用于脉冲宽度大于ESD浪涌保护的齐纳二极管，称为浪涌保护齐纳二极管。这些齐纳二极管适用于雷电感应和开关浪涌引起的、脉冲宽度大于几微秒的过压脉冲电路保护。这类二极管的总电容为100pF至600pF，适用于雷电感应和开关浪涌的保护。

二、TVS的工作特性

TVS具备非线性伏-安特征，其特征与稳压二极管类似，击穿前表现为漏电流小，击穿后表现为稳压，响应速度较快且吸收浪涌强。如果单就这个曲线来看，TVS管和普通稳压管的击穿特性没有什么区别，为典型的PN结雪崩器件。

图3：TVS的电压-电流特性曲线

TVS的主要参数包括如下：

（1）击穿电压（Vbr）：TVS在此时阻抗骤然降低，处于雪崩击穿状态。

（2）测试电流（It）：TVS的击穿电压VBR在此电流下测量而得。一般情况下It取１mA。

（3）反向工作电压（Vrwm）：器件反向工作时，在规定的Ir下，器件两端的电压值称为最大反向工作电压Vrwm。通常Vrwm=（0.8~0.9）V(br)。在这个电压下，器件的功率消耗很小。使用时，应使Vrwm不低于被保护器件或线路的正常工作电压。

（4）最大反向漏电流（Ir）：在工作电压下测得的流过TVS的最大电流。

（5）最大峰值脉冲电流（Ipp）：TVS允许流过的最大浪涌电流，它反映了TVS的浪涌抑制能力。

（6）最大箝位电压（Vv）：当TVS管承受瞬态高能量冲击时，管子中流过大电流，峰值为Ipp，端电压由Vrwm值上升到Vc值就不再上升了，从而实现了保护作用。浪涌过后，随时间IPP以指数形式衰减，当衰减到一定值后，TVS两端电压由Vc开始下降,恢复原来状态。最大箝位电压Vc与击穿电压Vbr之比称箝位因子Cf，表示为Cf= Vc /Vbr，一般箝位因子仅为1.2～1.4。

（7）峰值脉冲功率(Pp)：PP按峰值脉冲功率的不同TVS分为四种，有500Ｗ、600Ｗ、1500Ｗ和5000Ｗ。最大峰值脉冲功率：最大峰值脉冲功率为：PN=VC·IPP。显然，最大峰值脉冲功率愈大,TVS所能承受的峰值脉冲电流IPP愈大；另一方面，额定峰值脉冲功率PP确定以后，所TVS能承受的峰值脉冲电流IPP，随着最大箝位电压VC的降低而增加。TVS最大允许脉冲功率除了和峰值脉冲电流和箝位电压有关外，还和脉冲波形、脉冲持续时间和环境温度有关。

TVS所能承受的瞬时脉冲峰值可达数百安培，其箝位响应时间仅为10秒；TVS所允许的正向浪涌电流,在 25℃,1/120秒的条件下,也可达50-200安培。一般地说,TVS所能承受的瞬时脉冲是不重复的脉冲。

但是在实际应用中，电路里可能出现重复性脉冲，TVS器件规定,脉冲重复率比(脉冲持续时间和间歇时间之比)为0.01%，如不符合这一条件，脉冲功率的积累有可能使TVS烧毁，因此电路设计人员需要注意这一点。

TVS的工作可靠性高，即使长期承受不重复性大脉冲的高能量的冲击，也不会出现"老化"问题。试验证明，TVS安全工作于10000次脉冲后,其最大允许脉冲功率仍为原值的80％以上。

 图4：TVS保护器件应用场景

TVS的应用十分广泛，如:家用电器；电子仪器；仪表；精密设备；计算机系统；通讯设备;RS232、485及 CAN等通讯端口；ISDN的保护；I/O端口；IC电路保护；音、视频输入；交、直流电源；电机、继电器噪声的抑制等各个领域。它可以有效地对雷电、负载开关等人为操作错误引起的过电压冲击起保护作用，下面是几个TVS在电路应用中的典型例子。

三、TVS管应用选型和典型电路：

在进行TVS物料选型之前，首先需要确定被保护电路中的连续工作电压、额定标准电压、最大工作电压、损坏电压、峰值脉冲功率等参数，然后再进行针对性选型：

（1）待保护电路的直流电压或持续工作电压：如果是交流电，应计算出波形的最大值，即用有效值*1.414。

（2）TVS的反向变位电压：即工作电压（Vrwm），选择TVS的Vrwm等于或大于上述步骤1所规定的操作电压。这就保证了在正常工作条件下TVS吸收的电流可忽略不计。

（3）最大峰值脉冲功率：确定电路的干扰脉冲情况,根据干扰脉冲的波形、脉冲持续时间,确定能够有效抑制该干扰的TVS峰值脉冲功率。

（4）最大箝位电压（Vc）：所选TVS的Vc应低于被保护电路所允许的最大承受电压。

（5）单极性还是双极性：如果TVS可能需要承受来自两个方向的浪涌电压冲击，就应该选择双极型，否则可以用单极性的TVS。

（6）确定功率：如果知道比较准确的浪涌电流Ipp，那么可以利用Vc来确定其功率，如果无法确定功率的大概范围，一般来说，选择功率大一些比较稳妥。

 图5：各种封装的TVS器件

TVS和压敏电阻（MOV）的对比：

在常见的接口保护器件中，压敏电阻（MOV）也是常见的一种器件，而且它的价格比TVS更低，我们在器件选型时该如何取舍？

但是钳制电压的能力稍稍比压敏电阻要弱一点，而且价格也比压敏电阻高一些，

压敏电阻是由陶瓷材料和氧化锌制成，同样具备非线性伏安特征，但是其综合表现能力较差：压敏电阻的寄生电容值较大；电流过大时其钳制的电压会比较高，截止电压可达最初中止电压的2～3倍；电压低时漏电流会较大；而且在经过能量冲击后容易产生老化，逐渐降低响应时间和保护能力。不过压敏电阻也具备成本低，箝制电压能力强，能承受更大的浪涌电流，体积越大承受电流越大的优点，最大脉冲电流甚至可达几十万安培，这些特性适合用于对电压不太敏感的线路和器件的保护，如电源回路等。

因此TVS更多用在高速信号线、控制线、时钟线等电路，而且TVS应对浪涌比采用压敏电阻效果好，因此在一些高速数据传输端口保护应该选用TVS。压敏电阻主要用在电源电路和一些低速度信号端口，如手机键盘等。 

TVS器件应用电路示例：

将TVS加在信号及电源线上，可以防止微处理器或单片机因瞬间的脉冲，如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的电路失灵。将TVS二极管放置在信号线及接地间，能避免数据及控制总线受到不必要的噪音干扰。

图6：TVS应用于电源保护和接口保护

四、芯智雲城的TVS产品线资源

珠海凌烟阁芯片科技有限公司总部位于珠海横琴。拥有业界顶级芯片设计服务团队，提供完整的芯片设计服务、IP智财开发、晶圆制造外包管理，以及系统模块设计到渠道销售的完整解决方案，致力于成为国内一流的芯片设计全方位服务公司。

凌烟阁芯片科技基于丰富的半导体产业上下游资源及高端客户项目服务经验，将芯片设计服务与系统开发深度融合，为业界客户提供全方位的技术服务，并通过富士康科技集团的供应链平台赋能，陪伴与成就客户的长期发展。凌烟阁的TVS保护器件系列产品包括：

图7：LYG TVS产品线选型表