原创 SOCAY-瞬态抑制二极管工作原理及选型应用

瞬态抑制二极管工作原理及选型应用

                     Socay （Sylvia）

1、产品简述

瞬态电压抑制器（TransientVoltageSuppressor）简称TVS管，TVS管的电气特性是由P-N结面积、掺杂浓度及晶片阻质决定的。其耐突波电流的能力与其P-N结面积成正比。TVS广泛应用于半导体及敏感器件的保护，通常用于二级电源和信号电路的保护，以及防静电等。其特点为反应速度快(为ps级)，体积小，脉冲功率较大，箝位电压低等。其10/1000μs波脉冲功率从400W～30KW，脉冲峰值电流从0.52A～544A；击穿电压有从6.8V～550V的系列值，便于各种不同电压的电路使用。

2、工作原理

器件并联于电路中，当电路正常工作时，它处于截止状态（高阻态），不影响线路正常工作，当电路出现异常过压并达到其击穿电压时，它迅速由高阻态变为低阻态，给瞬间电流提供低阻抗导通路径，同时把异常高压箝制在一个安全水平之内，从而保护被保护IC或线路；当异常过压消失，其恢复至高阻态，电路正常工作。

3、特性曲线

4、主要特性参数

①反向断态电压(截止电压)VRWM与反向漏电流IR：反向断态电压(截止电压)VRWM表示TVS管不导通的最高电压，在这个电压下只有很小的反向漏电流IR。

②击穿电压VBR：TVS管通过规定的测试电流IT时的电压，这是表示TVS管导通的标志电压（P4SMA、P6SMB、1.5SMC、P4KE、P6KE、1.5KE系列型号中的数字就是击穿电压的标称值，其它系列的数字是反向断态电压值）。TVS管的击穿电压有±5%的误差范围（不带“A”的为±10%）。

③脉冲峰值电流IPP：TVS管允许通过的10/1000μs波的最大峰值电流（8/20μs波的峰值电流约为其5倍左右），超过这个电流值就可能造成永久性损坏。在同一个系列中，击穿电压越高的管子允许通过的峰值电流越小。

④最大箝位电压VC：TVS管流过脉冲峰值电流IPP时两端所呈现的电压。

⑤脉冲峰值功率Pm：脉冲峰值功率Pm是指10/1000μs波的脉冲峰值电流IPP与最大箝位电压VC的乘积，即Pm=IPP*VC。

5、命名规则

6、封装及分类

贴片型：

①DO-214AC/SMA：SMAJ(400W)P4SMA(400W)

②DO-214AA/SMB：SMBJ(600W)P6SMB(600W）

③DO-214AB/SMC：SMCJ(1.5KW)SMDJ(3KW)1.5SMC(1.5KW)5.0SMDJ(5KW)

引线型：

①DO-201AL/DO-41：P4KE(400W)

②DO-204AC/DO-15：P6KE(600W)SA(500W)SAC(500W，50pF，±10%)

③DO-201AE：1.5KE(1.5KW)LCE(1.5KW，100pF)

④P600：3KP(3KW)5KP(5KW)15KPA(KW)20KPA(20KW)30KPA(30KW)

它的封装形式有贴片型与轴向引线型两大类。

备注：

①红色字体的系列表示其命名中后面的数值表示击穿电压，其他系列表示的是截止电压。

②蓝色字体是TVS管的两个低电容系列，括号内表示其瞬态功率及电容值，其中SAC系列中的±10%表示其截止电压的精度，其他系列的都为±5%。

7、产品特点

优点:

①响应速度特别快（为ps级）

②击穿电压有从6.8V～550V的系列

③钳制电压比较准确

缺点:

①结电容比较大（十几pF~几百nF）

②通流量小（0.52~544A）

8、选型与应用

①TVS管使用时，一般并联在被保护电路上。为了限制流过TVS管的电流不超过管子允许通过的峰值电流IPP，应在线路上串联限流元件，如电阻、自恢复保险丝、电感等。

②击穿电压VBR的选择：TVS管的击穿电压应根据线路最高工作电压UM按公式：VBRmin≥1.2 UM 或VRWM ≥1.1 UM 选择。交流：UM=1.414Uac,如，对于220V的交流电，其UM=1.414*220=311（V）；直流：UM=Udc

使用指导：

①脉冲峰值电流IPP和最大箝位电压VC的选择：当TVS管单独使用时，要根据线路上可能出现的最大浪涌电流来选择IPP合适的型号。当TVS管作为第二级保护时，一般用500W～600W的就可以了。要注意的是，此时的最大箝位电压VC应不大于被保护设备所能耐受的最大浪涌电压（安全电压）。

②用于信号传输电路保护时，一定要注意所传输信号的频率或传输速率。信号频率（传输速率）≥10MHz（Mb/s）时，Cj应≤60pF；信号频率（传输速率）≥100MHz（Mb/s）时，Cj应≤20pF。当信号频率或传输速率较高时，应选用低电容系列的管子。当低电容系列仍满足不了要求时，就应把TVS管接到快速恢复二极管组成的桥路中，以降低总的等效电容，提高传输信号频率。如下图所示的电路，最高传输频率可达20MHz以上。

•TVS1对整个电路（包括变压器）进行保护。

•TVS2对其后的电路（除变压器外的整个电路）提供高度的保护。由于变压器的物理性质有如一个大的串联电阻，当受到浪涌冲击时，断路的机会很少。

•TVS3对负载提供全面的保护。在此采用的是成本较低的单极TVS二极管。若电路中只采用TVS3，电桥因没有TVS的保护，电桥应采用较高电压及电流比值的器件，以防止损坏。