提到 TVS，大部分電子工程師基本都(dōu)知道(dào)是用來端口防護的，防止端口瞬間的電壓沖擊造成(chéng)後(hòu)級電路的損壞。由于其在電路中的極其重要的地位，但是，針對(duì) TVS 的選型過(guò)程，很多廠家都(dōu)是直接給推薦電路，直接告訴設計者答案選擇哪個器件，卻很少對(duì)選型過(guò)程提供理論計算，大部分的電子工程師針對(duì) TVS 選型的時(shí)候，老人憑經(jīng)驗，新人憑參考，一旦更換廠家或者更換測試條件，就(jiù)無從下手了，本文就(jiù)專門解決該問題，讓新人老人對(duì) TVS 選型都(dōu)能(néng)得心應手。

01 TVS 工作原理

TVS（Transient Voltage Suppressors），即瞬态電壓抑制器，又稱雪崩擊穿二極管。它是采用半導體工藝制成(chéng)的單個 PN 結或多個 PN 結集成(chéng)的器件。TVS 有單向(xiàng)與雙向(xiàng)之分，單向(xiàng) TVS 一般應用于直流供電電路，雙向(xiàng) TVS 應用于電壓交變的電路。如圖 1 所示，應用于直流電路時(shí)單向(xiàng) TVS 反向(xiàng)并聯于電路中，當電路正常工作時(shí)，TVS 處于截止狀态（高阻态），不影響電路正常工作。當電路出現異常過(guò)電壓并達到 TVS（雪崩）擊穿電壓時(shí)，TVS 迅速由高電阻狀态突變爲低電阻狀态，洩放由異常過(guò)電壓導緻的瞬時(shí)過(guò)電流到地，同時(shí)把異常過(guò)電壓鉗制在較低的水平，從而保護後(hòu)級電路免遭異常過(guò)電壓的損壞。當異常過(guò)電壓消失後(hòu)，TVS 阻值又恢複爲高阻态。

圖 1 ：TVS 工作原理

02 TVS 關鍵參數

工欲善其事(shì)，必先利其器，要用好(hǎo) TVS，必須先了解其關鍵的參數。

(1) Vrwm 截止電壓：

TVS 的最高工作電壓，可連續施加而不引起(qǐ) TVS 劣化或損壞的最高工作峰值電壓或直流峰值電壓。對(duì)于交流電壓，用最高工作電壓有效值表示，在 V RWM 下，TVS 認爲是不工作的，即是不導通的。換一句話，電路的最高工作電壓必須小于 Vrwm，否則將(jiāng)會(huì)導緻 TVS 動作導緻電路異常。

(2) I R 漏電流：

 漏電流，也稱待機電流。在規定溫度和最高工作電壓條件下，流過(guò) TVS 的最大電流。TVS 的漏電流一般是在截止電壓下測量，對(duì)于某一型号 TVS, I R 應在規定值範圍内。對(duì) TVS 兩(liǎng)端施加電壓值爲 V RWM ，從電流表中讀出的電流值即爲 TVS 的漏電流 I R 。對(duì)于同功率和同電壓的 TVS，在 V RWM ≤10V 時(shí)，雙向(xiàng) TVS 漏電流是單向(xiàng) TVS 漏電流的 2 倍。對(duì)于一些模拟端口，漏電流會(huì)影響 AD 的采樣(yàng)值，所以 TVS 的漏電流越小越好(hǎo)。

(3) V BR 擊穿電壓

  擊穿電壓，指在 V-I 特性曲線上，在規定的脈沖直流電流 I T 或接近發(fā)生雪崩的電流條件下測得 TVS 兩(liǎng)端的電壓。測試的電流 It 一般選取 10mA 左右，施加的電流的時(shí)間不應超過(guò) 400ms，以免損壞器件，V BR MIN . 和 V BR MAX . 是 TVS 擊穿電壓的一個偏差，一般 TVS 爲±5%的偏差。測量時(shí)，V BR 落在 V BR MIN . 和 V BR MAX . 之間視爲合格品。

(4) I PP 峰值脈沖電流 ，V C 鉗位電壓

峰值脈沖電流，給定脈沖電流波形的峰值。TVS 一般選用 10/1000μs 電流波形。鉗位電壓，施加規定波形的峰值脈沖電流 I PP 時(shí)，TVS 兩(liǎng)端測得的峰值電壓。I PP 及 V C 是衡量 TVS 在電路保護中抵抗浪湧脈沖電流及限制電壓能(néng)力的參數，這(zhè)兩(liǎng)個參數是相互聯系的。對(duì)于 TVS 在防雷保護電路中的鉗位特性，可以參考 V C 這(zhè)個參數。對(duì)于相同型号 TVS，在相同 I PP 下的 V C 越小，說明 TVS 的鉗位特性越好(hǎo)。TVS 的耐脈沖電流沖擊能(néng)力可以參考 I PP ，同型号的 TVS，I PP 越大，耐脈沖電流沖擊能(néng)力越強。

(5) 結電容 CI，漏電流 Ir；

結電容是 TVS 中的寄生電容，在高速 IO 端口保護需要重點關注，過(guò)大的結電容可能(néng)會(huì)影響信号的質量。漏電流主要帶來了功率的損耗，或者是在模拟信号中，會(huì)影響 AD 信号的采樣(yàng)值。

圖 2，廠家一般都(dōu)是提供 10/1000μs 的測試波形

圖 3 ：TVS 的關鍵參數

03 TVS 選型過(guò)程

了解了 TVS 的基本參數，我們就(jiù)開(kāi)始進(jìn)入最重要的 TVS 選型的過(guò)程了。選擇 TVS 之前，我們首先要明白選擇的終極目标：

1. 電壓合适能(néng)保護後(hòu)級電路；

2. 引入的 TVS 的結電容不能(néng)影響電路；

3.TVS 功率餘量充足，滿足測試标準，且不能(néng)比保險管先挂。選型的過(guò)程可以按照以下的步驟進(jìn)行：

(1) 選擇 TVS 最高工作電壓 Vrmw；

(2) 選擇 TVS 鉗位電壓 VC；

(3) 選擇 TVS 的功率；

(4) 評估漏電流 Ir 的影響；

(5) 評估結電容的影響；

選擇 TVS 最高工作電壓 Vrmw；

在電路正常工作情況下，TVS 應該是不工作的，即處于截止狀态，所以 TVS 的截止電壓應大于被(bèi)保護電路的最高工作電壓。這(zhè)樣(yàng)才能(néng)保證 TVS 在電路正常工作下不會(huì)影響電路工作。但是 TVS 的工作電壓高低也決定了 TVS 鉗位電壓的高低，在截止電壓大于線路正常工作電壓的情況下，TVS 工作電壓也不能(néng)選取的過(guò)高，如果太高，鉗位電壓也會(huì)較高，所以在選擇 Vrwm 時(shí)，要綜合考慮被(bèi)保護電路的工作電壓及後(hòu)級電路的承受能(néng)力。要求 Vrwm 要大于工作電壓，否則工作電壓大于 Vrwm 會(huì)導緻 TVS 反向(xiàng)漏電流增大，接近導通，或者雪崩擊穿，影響正常電路工作。綜合考慮，Vrwm 可以參考以下的公式：

Vrwm≈1.1~1.2*VCC ；-------- 其中 VCC 爲電路的最高工作電壓。

選擇選擇 TVS 鉗位電壓 VC；

TVS 鉗位電壓應小于後(hòu)級被(bèi)保護電路最大可承受的瞬态安全電壓，VC 與 TVS 的雪崩擊穿電壓及 I PP 都(dōu)成(chéng)正比。對(duì)于同一功率等級的 TVS，其擊穿電壓越高 V C 也越高，所選 TVS 的最大箝位電壓 Vc 不能(néng)大于被(bèi)防護電路可以承受的最大電壓。否則，當 TVS 鉗在 Vc 時(shí)會(huì)對(duì)電路造成(chéng)損壞。Vc 可以參考以下的公式：

VC＜Vmax ；----- 其中 Vmax 爲電路能(néng)承受的最高電壓 .

選擇 TVS 的功率 Pppm（或者 Ipp）；

TVS 産品的額定瞬态功率應大于電路中可能(néng)出現的最大瞬态浪湧功率，理論上，TVS 的功率越大越好(hǎo)，能(néng)夠承受更多的沖擊能(néng)量和次數，但是功率越高，TVS 的封裝越大，價錢也越高，所以，TVS 的功率滿足要求即可。對(duì)于不同功率等級的 TVS，相同電壓規格的 TVS 其 V C 值是一樣(yàng)的，隻是 I PP 不同。故 Pppm 與 Ippm 成(chéng)正比，Ippm 越大，Pppm 也越大。

對(duì)于某一電路 ，有對(duì)應的測試要求，設實際電路中的最大測試電流爲 Iactual ，則 Iactual 可估算爲：

Iactual=Uactual/Ri；--------- 其中 Uactual 爲測試電壓，Ri 爲測試内阻。

TVS 要通過(guò)測試，故實際電路中要求 10/1000μs 波形下 TVS 的最小功率 P actual 爲：------- 其中 di/dt 爲波形轉換系數，如實際測試波形爲其他波形，如 8/20μs 波形，建議 di/dt 取，如測試波形爲 10/1000μs，取，實際選型中，TVS 應留有一定的裕量，TVS 的功率 PPMP 選擇應遵循 Pppm＞Pactual。

根據所選的 TVS 的結電容和漏電流評估影響

如果 TVS 用在高速 IO 端口防護、模拟信号采樣(yàng)、低功耗設備場合，就(jiù)需要考慮結電容和漏電流的影響，兩(liǎng)則的參數越小越好(hǎo)。

04 TVS 選型距離

數據都(dōu)是無趣的，我們以實際的案例舉例。

電路的正常工作電壓 VCC 是 24V，最高工作電壓 Vmax 是 26V,後(hòu)級電路可承受的最高瞬态電壓爲 50V，實驗的測試波形爲 8/20μs 波形，測試電壓 500V，測試電源内阻及 PPTC 的靜态電阻合計爲 2Ω。根據上述信息選擇合适的 TVS。

圖 4 ：設計舉例

1) 選擇 TVS 最高工作電壓

Vrmw≈1.1~1.2*VCC=26~28V

2) 選擇選擇 TVS 鉗位電壓

VC＜Vmax=50V

3) 計算實際測試波形功率：

Pact=Vc**=50*（500/3）*1/2=4166W

根據計算結果，可以選用 5.0SMDJ26A 這(zhè)個 TVS，由于這(zhè)個 TVS 用在電源端口，結電容和漏電流基本可以忽略不計。