一、TVS显像管概述
当TVS管(瞬态电压抑制器)的两极受到反向瞬态高能量冲击时，两极之间的高阻抗能以10的负12秒的速度变为低阻抗，使两极之间的电压箝位在预定值，有效保护电子电路中的精密元器件。
在浪涌电压的作用下，TVS两极电压从额定反向关断电压VWM上升到击穿电压VBR，并被击穿。
随着击穿电流的出现，流经TVS的电流将达到峰值脉冲电流IPP，其两端的电压将被箝位在预定的最大箝位电压VC以下。
之后随着脉冲电流呈指数衰减，TVS两极之间的电压也不断下降，最终回到初始状态。
TVS管可分为单向和双向。单向TVS管的特性类似于齐纳二极管，双向TVS管的特性相当于两个反向串联的齐纳二极管。
二。其主要特征参数
1、反向截止电压VRWM和反向漏电流IR:反向截止电压VRWM代表TVS管不导通时的最高电压，在此电压下只有很小的反向漏电流IR。
2、击穿电压VBR:TVS管通过规定测试电流时的电压，是表示TVS管导通的符号电压。
3、脉冲峰值电流IPP:TVs管允许的10/1000s波的最大峰值电流(8/20s波的峰值电流约为5倍)，超过此电流值可能会造成永久性损伤。
在同一系列中，击穿电压越高，允许通过灯管的峰值电流越小，一般为几A到几十A.
4、最大箝位电压VC:TVs管流过脉冲峰值电流IPP时两端出现的电压。
5、脉冲峰值功率Pm:脉冲峰值功率Pm是指10/1000s波的脉冲峰值电流IPP与最大箝位电压VC的乘积，即Pm=IPP*VC。
在给定的最大箝位电压下，功耗PM越大，其浪涌电流耐受能力越大。在给定的功耗PM下，箝位电压越低，其耐受浪涌电流越大。
此外，脉冲峰值功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关：典型的脉冲波形持续时间为1 ms，当施加于二极管的脉冲波形持续时间小于TP时，脉冲峰值功率随着TP的减小而增大，TVS所能承受的瞬态脉冲不具有重复性。如果电路中出现重复脉冲，应考虑脉冲功率的积累可能损坏TVS。
6、稳态电源P0: TVS管也可以做齐纳二极管，所以要用稳态电源。
7、极间电容Cj:和压敏电阻一样，TVS管的极间电容Cj较大，单向电容大于双向电容，而且功率越大电容越大，会影响TVS的响应时间。
三。优点和缺点
优点：响应速度快，ns级，瞬态功率大，漏电流低；10/1000s波的脉冲功率从400 W到30 kW，脉冲峰值电流从0，52 A到544 A；击穿电压有一系列值6、8 V到550 V，方便各种不同电压的电路。
缺点：抗浪涌冲击能力比放电管和压敏电阻差；齐纳二极管：反应慢；一般用于对电压精度要求高的地方(一般比较小)，抗浪涌，击穿电压准确，所有电压等级；齐纳击穿；变阻器：类似于齐纳二极管，但不可恢复。
四。选择依据和注意事项
1、TVS的最大反向箝位电压VC应小于被保护电路的损坏电压。
2、TVS的额定反向关断电压VWM应大于或等于被保护电路的最大工作电压。如果VWM太低，器件可能进入雪崩状态，或者由于反向漏电流太大而影响电路的正常工作。电压串联分压，电流并联分压。
3、只有双向TVS可用于交流电压。
4、在规定的脉冲持续时间内，TVS的最大峰值脉冲功率PM必须大于受保护电路的可能峰值脉冲功率
5、结电容是影响高速线路使用TVS的关键因素。在这种情况下，TVS管和快速恢复二极管通常以背对背的方式连接。由于快恢复二极管结电容小，两者串联的等小电容也小，可以满足高频使用的要求。
6、需要考虑降额的应用；用途：电源开关电路；整流二极管(同向)；电力变压器；防止DC电源反接或开关电源时产生的瞬时脉冲；抑制电机、断路器线圈和螺线管等感性负载产生的瞬时脉冲电压；控制系统的输入和输出终端。
7、确定被保护电路的最大DC或连续工作电压、电路的额定标准电压和“高端”容差。
8、对于数据接口电路的保护，还必须注意选择寄生电容合适的TVS器件。
9、 TVS的极性和封装结构根据应用进行选择，交流电路采用双极型TVS更合理；选择TVS阵列进行多线保护更有利。
10、考虑到温度，瞬态电压抑制器可以在-55到150之间工作。如果TVS需要在变化的温度下工作，其反向漏电流ID会随着增加而增加。功耗随着TVS结温的增加而降低，从25到175，击穿电压VBR随着温度的增加而增加一定的系数。所以需要查阅相关产品资料，考虑温度变化对其特性的影响。
11、处理瞬时脉冲对元件的损害的最好方法是将瞬时电流从感性元件上吸走，TVS二极管与电路板上被保护的电路并联。当瞬时电压超过电路正常工作电压时，TVS二极管产生雪崩，为瞬时电流提供超低电阻路径。因此，瞬时电流通过二极管流出，避开受保护的元件，并保持受保护电路关断电压，直到电压恢复正常。
瞬时脉冲结束后，TVS二极管会自动回到高阻状态，整个电路进入正常电压。经过多次冲击后，很多元器件的参数和性能都会变差，但只要在有限的范围内工作，二极管就不会损坏或退化。
注意事项：
1、对于瞬态电压峰值吸收功率与瞬态电压脉冲宽度的关系，手册只给出了特定脉冲宽度下的峰值吸收功率，但实际线路中的脉冲宽度是不可预测的，需要事先估计，宽脉冲要降额。
2、为了保护小电流负载，可以有意识地在电路中增加一个限流电阻。限流电阻只要阻值合适，不会影响线路的正常运行，但是限流电阻干扰产生的电流会大大减小，所以可以选择峰值功率更小的TVS管来保护小电流负载电路。
3、抑制反复瞬态电压，需要注意TVS管的稳态平均功率是否在安全范围内。
4、当环境温度升高时，应降低环境温度。TVS管的引线长度及其与被保护线路的相对距离。
动词（verb的缩写）应用示例
DC电路中的例子有：整机DC工作电压12V，最大允许安全电压25V(峰值)，浪涌源阻抗50M，干扰波形为方波，TP=1ms，最大峰值电流50A。选择：
1、首先，最大反向工作电压VRWM距离工作电压12V为13V，击穿电压为V(BR)=VRWM/0.85=15.3V；
2、从击穿电压值中选取最大箝位电压VC(MAX)=1.30V(BR)=19.89V，取VC=20V
3、从箝位电压VC和峰值电流IP计算方波脉冲的峰值功率：PPR=VC IP=20 50=1000 W
4、计算指数波的峰值功率换算成TP=1MS，换算系数K1=1.4，PPR=1000W1.4=715W。例如，DC线路使用单向瞬态电压抑制二极管，而交流线路必须
然而，必须正确选择最大反向工作电压。总的原则是TVS管的最大反向工作电压按交流电压乘以1.4倍选取，DC电压按TVS管最大反向工作电压的1.1-1.2倍选取。TVS保护DC稳压电源示例：
图中显示了一个DC稳压电源，用晶体管来扩大电流输出。在其稳压输出端增加一个瞬态电压抑制二极管，可以保护使用电源的仪器设备，同时可以吸收电路中集电极和发射极之间的峰值电压，保护晶体管。建议在每个稳压电源的输出端增加一个TVS管，可以大大提高整机应用的可靠性。
TVS还用于保护晶体管、集成电路、晶闸管和功率MOS管，即在栅极和源极之间增加一个瞬态电压抑制二极管，防止栅极击穿和继电器。
继电器的触点经常使用大电流来开关电机等大电流感性负载，而电感在开关时反电动势高，能量大，经常烧坏或击穿触点产生电弧，所以需要保护触点，抑制电弧的产生来保护继电器。
但是，这种电弧产生的浪涌电流非常大。以前用电容或电容串联电阻、二极管和二极管串联电阻来抑制电流，现在暂态电压抑制二极管方案比较好。
DC电源的保护设计
户外网络端口保护电路
请注意，TVS管的寄生电容可能会影响信号的完整性，压敏电阻可以放在变压器抽头上作为保护电路，以支持更高速的网络端口设计。
232保护电路设计
485保护电路的设计
不及物动词变阻器与TVS管
1、材料的本征响应时间从上面对导电机理的分析可以知道，氧化锌压敏陶瓷的导电机理是隧道击穿，所以它的材料响应时间就是它的隧道电子击穿时间，一般为0.3ns。
TVS管的导通机制是雪崩击穿，其响应时间是其雪崩电子击穿时间，一般在0.5~1ns 1 ns之间。
2、产品结构对响应时间的影响片式ZnO压敏电阻采用多层单片结构，寄生电感很小，对其响应时间影响不大。有些设计师提到的压敏电阻响应时间慢主要是指用于交流端浪涌保护的插入式压敏电阻，因为长引线引出的寄生电感导致响应时间慢(25ns)。
但是为了满足SMT的要求，TVS管在两端设计电极引线，也会产生寄生电感，对其响应时间有一定的影响。
然而，ESD放电波形一般在1nS内达到峰值，这要求过压保护器件在1nS内快速响应，以箝位过压并保护IC和ESD敏感电路。
从响应时间来看，片式压敏电阻器和TVS的响应时间都能满足ESD保护的要求，从而达到良好的保护效果。
基于以上分析和比较，片式氧化锌压敏电阻和TVS管都是抑制ESD的有效器件。TVS管的极限电压低，瞬态内阻小，适用于抗ESD电压特别差或被保护零件阻抗极低的零件，如耳机、MIC、音响等。
但压敏电阻的吸能能力比TVS管强。压敏电阻除了一般的ESD保护外，特别适用于电源和瞬态能量大的部件的过压保护。
在响应时间上，要避免陷入片式氧化锌压敏电阻响应时间慢的误区。
由于工艺的差异，片式压敏电阻器的价格远低于TVS，表现出了不错的性价比。设计者可以根据电路的实际应用灵活选择片式压敏电阻器或TVS。
TVS是一种半导体保护器件，具有响应速度快、可靠性高等优点。它的弱点是不能承受太大的瞬时电流，箝位电压随着电流的增大而增大。
特别适合不需要旁路大能量的低压应用。示例电路如下：
压敏电阻的击穿负载取决于其物理尺寸，因此可以获得较高的浪涌电流值。其箝位特性使其成为交流瞬态保护元件
与TVS二极管相比，具有寄生电容大、响应时间慢、色散大的缺点，而且压敏电阻会退化，因此存在可靠性和性能问题。
电路示例AC200V电源防雷；
DC12V/24V电源的防雷保护；
七。陶瓷气体放电管与TVS管
陶瓷气体放电管：主要用于线路中的防雷和过压保护。气体放电管是指用于过电压保护的防雷管或天线开关管。管中有两个或多个电极，并充有一定量的惰性气体。气体放电管是一种间隙防雷元件，用于通信系统的防雷保护。
当施加的电压超过气体的绝缘强度时，两个电极之间的间隙就会放电击穿，原来的绝缘状态转变为导电状态。在导通之后，放电管的两个电极之间的电压将保持在由放电电弧确定的剩余电压水平。
GDT的特点是通量大，耐压高，结电容极低。缺点是工作多次后性能下降，需要更换，而且有源接口应用中必须注意维持电压或续流的问题，所以通常与压敏电阻配合使用。GDT的工作模式：
通过不同电压保护装置的雷击电压波形
8.TSS显像管与TVS显像管
图TSS管的示意符号
电压开关瞬态抑制二极管(TSS)与TVS管相同，也是一种半导体工艺制作的限压保护器件，但其工作原理与气体放电管相似，但与压敏电阻和TVS管不同。
当TSS管两端的过电压超过TSS管的击穿电压时，TSS管会将过电压箝位到接近0V低于击穿电压的水平，然后TSS管会继续这种短路状态，直到流过TSS管的过电流降到临界值以下，TSS就会回到开路状态。
TSS是电压开关瞬态抑制二极管，即浪涌抑制晶体管或导体放电管、固体放电管等。
TSS管是半导体工艺制作的保护器件，主要用于信号电路的防雷，不能用于电源端口。
TSS器件的电流容量一般可达150A(8/20uS)。
TSS管和TVS管都是用半导体工艺制作的限压保护器件。TSS管是电压开关型，TVS是电压钳位型。
TSS管在响应时间和结电容上与TVS管具有相同的特性，容易做成表贴器件，非常适合单板使用。TSS管适用于高信号电平的信号电路保护。
TSS管在响应时间和结电容方面具有与TVS管相同的特性。
易于制成表面贴装器件，非常适合在单板上使用。TSS管动作后，过压从击穿电压附近被下拉到接近0 V的水平，此时二极管的结压降较小，所以用于信号电平较高的线路，如模拟用户线、ADSL等。
TSS适用于保护高信号电平的信号线。
使用TSS管时要注意一个问题：TSS管在过压下击穿后，只有流过TSS管的电流值降到临界值以下，TSS管才会恢复到开路状态，所以在信号线中使用TSS管时，信号线的正常电流应小于TSS管的临界恢复电流。
临界恢复电流的值因TSS管的型号和设计应用而异，使用时应注意在器件手册中找出具体型号的准确值。
在电路设计中应考虑TSS管的击穿电压和电流容量。在信号回路中，min (UBR) (1.2 ~ 1.5) Umax，其中Umax为信号回路的峰值电压。
TSS管多用于信号线防雷。
TSS管的失效方式主要是短路，但过电流过大时，也可能导致TSS管爆开，TSS管的使用寿命相对较长。
审计唐子红
标签：电压电流电路