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揭秘TVS的特性与工作原理

2014-02-19 14:23

　　TVS是普遍使用的一种新型高效电路保护器件，它具有极快的响应时间（亚纳秒级）和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，从而把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。正因为如此，TVS可用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压，以及感应雷所产生的过电压。图1所示为TVS的符号及伏安特性曲线。

揭秘TVS的特性与工作原理

　　TVS 管和稳压管一样，也是反向应用的。其中VR 称为最大转折电压，是反向击穿之前的临界电压。VB 是击穿电压，其对应的反向电流IT 一般取值为1 mA。VC 是最大箝位电压，当TVS 管中流过的峰值电流为IPP 的大电流时，管子两端电压就不再上升了。因此TVS 管能够始终把被保护的器件或设备的端口电压限制在VB～VC 的有效区内。与稳压管不同的是，IPP 的数值可达数百安培，而箝位响应时间仅为1×10-12s。TVS 的最大允许脉冲功率为PM=VCIPP，且在给定最大钳位电压下，功耗PM 越大，其浪涌电流的承受能力越大。

　　图2 是在双踪示波器上观察到的TVS 管在承受大电流冲击时的电流及电压波形。图中，曲线1 是TVS 管中的电流波形，可以看出：其流过TVS 管的电流由1mA 突然上升到峰值后，然后按指数规律下降。曲线2 是TVS 管两端的电压波形，它表示TVS 中的电流突然上升时，TVS 两端电压也随之上升。在浪涌电压的作用下，TVS 两极间的电压由额定反向关断电压VRWM 上升到击穿电压VB 而被击穿。随着击穿电流的出现，流过TVS 的电流将达到峰值脉冲电流IPP，同时其两端的电压被箝位到预定的最大箝位电压VC 以下。其后，随着脉冲电流按指数衰减，该过程中，TVS 两极间的电压也不断下降，最后恢复到初态，这就是TVS 抑制可能出现的浪涌脉冲功率，保护电子元器件的过程。事实上，当TVS 两极受到反向高能量冲击时，它能以10-12s 级的速度，将其两极间的阻抗由高变低，以吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电位箝位于预定值，从而有效地保护电子设备中的元器件免受ESD的损害。

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