硬件设计 | TVS管篇

TVS管：电子保护器件的守护者

TVS管，全称为Transient Voltage Suppressor，是一种专为电路提供反向瞬态保护的高效元件。它以惊人的速度钳位电压，确保电路在面对突发高压冲击时保持稳定。

特性参数详解

• 反向截止电压(VRWM)和反向漏电流(IR)，是衡量TVS管在正常工作状态下的性能指标。


• 击穿电压(VBR)与峰值电流(IPP)，在过载条件下，TVS的保护能力得以展现。


• 最大钳位电压(VC)与脉冲峰值功率(Pm)，这些数值决定了TVS在短暂过电压下的能量吸收能力。


• 稳态功率(P0)与极间电容(Cj)，它们影响着TVS在持续工作时的性能和信号传输质量。

优缺点与选型指南

• TVS管的优势在于响应速度快、功率大、漏电流低，适用于各种复杂电路，但浪涌冲击能力稍弱，对于高精度电路，需要考虑其稳压性能。


• 选型时，确保钳位电压低于电路可能承受的最大电压，额定电压高于工作电压，可以采用串联或并联方式。交流电路则需要双向TVS，功率要大于预期的峰值电流。


• 还要考虑高频使用时的结电容效应，以及在特定环境下的降额使用和定制化应用。

使用须知

• 瞬变电压的峰值功率与脉宽关系密切，可能需要根据实际需求调整使用。


• 对于小电流负载，应选择功率适中的TVS管，并可能需要添加限流电阻。


• 在处理重复瞬变时，注意TVS的稳态平均功率，尤其在高温条件下。

• 在直流电路设计中，通过VRWM、VC和PPR来精确选择TVS管。


• 在交流电路中，选择双向TVS以应对电网电压的不确定性，如雷击防护。


• 在直流稳压电源的输出端，TVS管是不可或缺的保护组件，保护晶体管和设备免受过压冲击。

在设计直流电源防护和室外网口电路时，TVS管的寄生电容影响信号完整性，这时压敏电阻可以作为补充保护手段，如在232/485通信电路中。

压敏电阻响应迅速，适合ESD防护，而TVS管在低电压场景下表现出极佳的瞬态内阻。TVS的响应速度和可靠性使其在高价位，但压敏电阻的通流量大、价格亲民，然而其寄生电容大和性能退化是需要考虑的因素。

• 陶瓷气体放电管(GDT)与TVS管各有侧重：前者大通流高耐压，但需配合压敏电阻；而TSS管则以电压开关特性见长，适用于信号线路保护。


• TSS管和TVS管在保护高信号电平电路时，响应时间和结电容的选择至关重要，且TSS的短路保护机制使其在模拟用户线等应用中表现出色，但需注意其临界恢复电流和击穿电压等参数。