第１１卷２００９年４月 第４期 厕 Ｖ０１．１１ Ｎｏ．４ Ａｐｒ．２００９ ＴＶ￥及其在电路设计中的应用 白树林．许波 （西安电子工程研究所，陕西 西安７１０１００） 摘 要：介绍了瞬态电压抑制器（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒ，ＴｖＳ）的特性及主要参数；给 出了选用ＴＶＳ器件时应注意的事项．同时给出了 ⅣＳ在电路设计中的典型应用实例。 关键词：ＴＶＳ；元器件保护；电路设计 Ｏ引言 通路。在２５℃时，低于这个电压，ＴｖＳ是不会发 生雪崩击穿的。 瞬态电压抑制器是一种二极管形式的高效能 （２）额定反向关断电压 咖 保护器件。具有极快的响应时间和相当高的浪涌 ＷＭ是ＴｖＳ在正常状态时可承受的电压，此电 吸收能力。当ＴｖＳ的两端受到反向瞬态过压脉冲 压应大于或等于被保护电路的正常工作电压。但 时，能以极高的速度把两端间的高阻抗变为低阻 它又需要尽量与被保护电路的正常工作电压接 抗，以吸收瞬间大电流，并将电压箝制在预定数 近。这样才不会在ＴＶＳ３２作以前使整个电路面对 值，从而有效保护电路中的元器件免受损坏。本 过压威胁。按ＴｖＳ的 ＢＲ与标准值的离散度，可把 文讲述了ＴＶＳ器件的主要特性参数和选用注意事 脓分为５％和１０％两种，对于５％的 蕊来说，ＶｗＭ＝ 项，同时给出了ＴＶＳ在电路设计中的应用方法。 ０．８５ＶＢａ；而对于１０％的 腿来说， ｗＭ＝０．８１ＶＢＲ。 （３）最大峰值脉冲电流 １ ＴＶＳ器件的特性及主要参数 是ＴＶＳ在反向状态工作时，在规定的脉冲 １．１ ｒＩ’ｖＳ的器件特性 条件下，器件允许通过的最大脉冲峰值电流。 （４）箝位电压 ｃ 在规定的反向应用条件下，，ⅣＳ对受保护的 当脉冲峰值电流 流过ＴＶＳ时，其两端出现 线路呈高阻抗状态。当瞬间电压超过其击穿电压 的最大电压值称为箝位电压ｙ 。ｙ 和 反映了 时，ＴＶＳ就会提供一个低阻抗的路径，并通过大 ｒＩｖＳ的浪涌抑制能力。通常把 与 腿之比称为箝 电流方式使流向被保护元器件的瞬间电流分流到 位因子（系数），其值一般在１．２～１．４之间。实际使 ＴＶＳ二极管，同时将受保护元器件两端的电压限 用时，应使 不大于被保护电路的最大允许安全 制在ｒＩｖＳ的箝制电压。当过压条件消失后．ＴＶＳ 电压，否则被保护器件将面临被损坏的可能。 又恢复到高阻抗状态。与陶瓷电容相比． ⅣＳ可 （５）最大峰值脉冲功耗ＰＭ 以承受１５ ｋＶ的电压，但陶瓷电容对高压的承受 通常是最大峰值脉冲电流 与箝位电压 能力比较弱。５ ｋＶ的冲击就会造成约１０％陶瓷电 的乘积，也就是最大峰值脉冲功耗。它是ｒＩｖＳ能 容失效，而到ｌ０ ｋＶ时，其损坏率将高达到６０％。 承受的最大峰值脉冲功耗值。在给定的最大钳位 １．２ ＴｖＳ器件的主要参数 电压下，功耗 越大，其浪涌电流的承受能力越 （１）最小击穿电压 ＢＲ 大。另外，峰值脉冲功耗还与脉冲波形、脉冲持 当ＴＶＳ流过规定的电流时，ｒＩｖＳ两端的电压 续时间和环境温度有关。而且． ⅣＳ所能承受的 称为最小击穿电压，在此区域。ＴｖＳ呈低阻抗的 瞬态脉冲是不可重复施加的。 （６）电容量Ｃ 收稿日期：２００８—１２—２６ ＴＶＳ的电容是由其硅片的截面积和偏置电压 ｅｃｄａ￣￣ｎ ２００９．４电手元器件主用２７ 第１１卷第４期 电予元器件盔用 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ＆Ｄｅｖｉｃｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｖ０１．１１ Ｎｏ．４ Ａｐｒ．２００９ ２０ｏ９年４月 来决定的，它是在１ ＭＨｚ特定频率下测得的。Ｃ的 大小与ＴｖＳ的电流承受能力成正比，Ｃ太大，将 使信号衰减。因此，电容Ｃ是数据接口电路选用 ＴｖＳ的重要参数。 作电压后， ⅣＳ将发生雪崩击穿，从而提供给瞬 时电流一个超低阻抗的通路，其结果是瞬时电流 通过ＴｖＳ被引开，从而避开被保护器件，并且在 电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止 电压。在此之后，当瞬时脉冲结束以后，ＴＶＳＺ． （７）漏电流，Ｒ ，Ｒ是最大反向工作电压施加到ＴｖＳ上时，ＴｖＳ 极管再自动恢复至高阻状态。整个回路进入正常 电压状态。以下是ｒⅣＳ在电路应用中的几个典型 管的漏电流。当ＴｖＳ用于高阻抗电路时，这个漏 电流幌一个重要参数。 ２选用ＴＶＳ的注意事项 在选用ＴｖＳ时，根据电路的具体情况，一般 应考虑以下几个主要因素： 首先，由于双向ＴｖＳ可以在正反两个方向吸 收瞬时大脉冲功率，并把电压箝制到预定水平。 因此。若电路有可能承受来自两个方向的浪涌电 压冲击时，应当选用双向ＴｖＳ。双向ＴｖＳ一般适 用于交流电路，单向ＴｖＳ一般用于直流电路。另 外，箝位电压 不大于被保护电路的最大允许安 全电压。 其次，就是最大峰值脉冲功耗ＰＭ必须大于电 路中出现的最大瞬态浪涌功率。但是，在实际应 用过程中，浪涌有可能重复地出现，在这种情况 下，即使单个的脉冲能量比ＴｖＳ器件可承受的脉 冲能量要小得多，但是，如果重复施加，这些单 个的脉冲能量积累起来，也可能在某些情况下超 过ＴｖＳ器件所能承受的脉冲能量。因此，在电路 设计时，必须在这点上认真考虑并选用合适的 ＴｖＳ器件，以使其在规定的间隔时间内，重复施 加脉冲能量的累积不至于超过ＴｖＳ器件的脉冲能 量额定值。 第三，在实际应用过程中，对最大反向工作 电压必须有正确的选取，一般原则是以交流电压 的１．４倍来选取ＴｖＳ管的最大反向工作电压。直流 电压则按１．１～１．２倍来选取，ＩｖＳ管的最高反向工作 电压 ＴＶＳ在电路设计中的典型应用 在实际的应用电路中，处理瞬时脉冲对器件 损害的最好办法，就是将瞬时电流从敏感器件引 开。为达到这一目的，将ＴｖＳ在线路板上与被保 护线路并联。这样，当瞬时电压超过电路正常工 ２８ 电子元器件左用２００９．４删似ｅｃｄ￣ｃｎ 实例。 ３．１ ＴｖＳ在交流电路中的应用 图１所示是一个双向ＴｖＳ在交流电路中的应用 电路。应用ＴｖＳ可以有效地抑制电网带来的过载 脉冲，从而起到保护整流桥及负载中所有元器件 的作用。图ｌ中的ＴｖＳ箝位电压应不大于电路的最 大允许电压。 图１ ＴＶＳ用于交流电路 ３．２用ＴｖＳ保护直流稳压电源 图２是一个直流稳压电源，在其稳压输出端 加上 ⅣＳ，可以保护使用该电源的仪器设备．同 时还可以吸收电路中晶体管的集电极到发射极问 的峰值电压，从而保护晶体管。建议在每个稳压 源的输出端增加一个 ⅣＳ管，这样可以大幅度地 提高整机的可靠性。 输出 图２ ＴｖＳ保护直流稳压电源实例 ３．３用 ⅣＳ保护晶体管电路 各种瞬变电压能使晶体管的ＥＢ结或ＣＥ结击 穿而损坏，特别是晶体管集电极有感性（线圈、 变压器、电动机）负载时，通常会产生高压反电 势，因而可能使晶体管损坏。在实际应用中，建 议采用，ＩｖＳ作为保护器件。图３所示为ＴＶＳ保护晶 第１１卷２００９年４月 第４期 瓣墓缛瘗痢 Ｖｏ１Ａｐｒ．２００９ ．１１ Ｎｏ．４ 出 出 （ａ） ＶＣＣ 出 出 （ｃ） （ｄ） 图３基于’ⅣＳ的晶体管保护电路 体管的四种电路实例。 ３．５用 ⅣＳ保护集成运放 ３．４集成电路的保护 集成运放对外界电应力非常敏感。因此，在 由于现代ＩＣ的集成度越来越高，而其耐压则 使用运放的过程中，如果因操作失误或采取了不 越来越低，因而很容易受到瞬变电压的冲击而损 正常的工作条件。往往会出现过大的电压或电 坏，故须采取保护措施。通常在ＣＭＯＳ电路的输 流，特别是浪涌和静电脉冲，从而很容易使运放 人端及输出端都有保护网路，为了可靠起见，在 受损或失效。图５所示是用ＴｖＳ在运放差模输入端 各整机对外接口处也增加了各种保护网络。图４ 防止过压损伤的保护电路。 给出了用ＴｖＳ对，Ｉ．Ｉ＇Ｌ及ＣＭＯＳ器件进行保护的有关 电路措施。 图５’ⅣＳ保护集成运放实例 ＧＮＤ —ＧＮＤ ４结束语 （ａ）防止输入电压超过Ｖｃｃ （ｂ）防止输入高ｆｆ－Ｖｃｃ，低于地 本文主要讲述了，ＩｖＳ器件的特性和主要参数． Ｖｃｃ 以及选用器件时的注意事项，同时给出了器件在 电路设计中的典型应用电路，以便加深电路设计 人员对ＴｖＳ的认识，为设计出高可靠性的应用电 路提供基础。虽然目前的ｒＩｖＳ在国内的应用正处 于推广阶段，但我们有理由相信，随着越来越多 （ｃ）防止门电路击穿 （ｄ）防止输入电压击￣ＦＣＭＯＳ 的设计者对 ⅣＳ的认识不断加深以及ＴＶＳ所表现 图４ ⅣＳ保护集成电路实例 出来的优异性能，ＴｖＳ器件最终将获得极为广泛 的应用。 ｅｃ．ｄｔ￣ｃｎ ２００９．４电子元器件主用 ２９