TVS的特性與工作原理

TVS是普遍使用的一種新型高效電路保護器件，它具有極快的響應(yīng)時間(亞納秒級)和相當高的浪涌吸收能力。當它的兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時，TVS能以極高的速度把兩端間的阻抗值由高阻抗變?yōu)榈妥杩?，以吸收一個瞬間大電流，從而把它的兩端電壓箝制在一個預(yù)定的數(shù)值上，從而保護后面的電路元件不受瞬態(tài)高壓尖峰脈沖的沖擊。正因為如此，TVS可用于保護設(shè)備或電路免受靜電、電感性負載切換時產(chǎn)生的瞬變電壓，以及感應(yīng)雷所產(chǎn)生的過電壓。圖1所示為TVS的符號及伏安特性曲線。

TVS管和穩(wěn)壓管一樣，也是反向應(yīng)用的。其中VR稱為最大轉(zhuǎn)折電壓，是反向擊穿之前的臨界電壓。VB是擊穿電壓，其對應(yīng)的反向電流IT一般取值為1mA。VC是最大箝位電壓，當TVS管中流過的峰值電流為IPP的大電流時，管子兩端電壓就不再上升了。因此TVS管能夠始終把被保護的器件或設(shè)備的端口電壓限制在VB～VC的有效區(qū)內(nèi)。與穩(wěn)壓管不同的是，IPP的數(shù)值可達數(shù)百安培，而箝位響應(yīng)時間僅為1×10-12s。TVS的最大允許脈沖功率為PM=VCIPP，且在給定最大鉗位電壓下，功耗PM越大，其浪涌電流的承受能力越大。

圖2是在雙蹤示波器上觀察到的TVS管在承受大電流沖擊時的電流及電壓波形。圖中，曲線1是TVS管中的電流波形，可以看出：其流過TVS管的電流由1mA突然上升到峰值后，然后按指數(shù)規(guī)律下降。曲線2是TVS管兩端的電壓波形，它表示TVS中的電流突然上升時，TVS兩端電壓也隨之上升。在浪涌電壓的作用下，TVS兩極間的電壓由額定反向關(guān)斷電壓VRWM上升到擊穿電壓VB而被擊穿。隨著擊穿電流的出現(xiàn)，流過TVS的電流將達到峰值脈沖電流IPP，同時其兩端的電壓被箝位到預(yù)定的最大箝位電壓VC以下。其后，隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，該過程中，TVS兩極間的電壓也不斷下降，最后恢復(fù)到初態(tài)，這就是TVS抑制可能出現(xiàn)的浪涌脈沖功率，保護電子元器件的過程。事實上，當TVS兩極受到反向高能量沖擊時，它能以10-12s級的速度，將其兩極間的阻抗由高變低，以吸收高達數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電位箝位于預(yù)定值，從而有效地保護電子設(shè)備中的元器件免受ESD的損害。