[科普中国]-瞬态电压抑制管

概述瞬态电压抑制二极管TVS（Transient Voltage Suppressor），是一种具有双向稳压特性和双向负阻特性的过压保护器件，类似于压敏电阻器。它应用于各种交流及直流电源电路中，用来抑制瞬间过电压。当被保护电路瞬间出现浪涌脉冲电压时，双向击穿二极管能迅速齐纳击穿，由高阻状态变为低阻状态，对浪涌电压进行分流和箝位，从而保护电路中各元件不被瞬间浪涌脉冲电压损坏。

特点响应速度特别快（为ps级）；耐浪涌冲击能力较放电管和压敏电阻差，其10/1000μs波脉冲功率从 400W～30KW，脉冲峰值电流从0.52A～544A；击穿电压有从6.8V～550V的系列值，便于各种不同电压的电路使用。它的封装形式有轴向引线型与贴片型两大类。贴片型有：SMAJ（400W）、SMBJ（600W）、SMCJ（1.5kW）、SMDJ（3kW）系列，轴向引线型有：P4KE （400W）、SA（500W）、P6KE（600W）、1.5KE(1.5kW)、3KP（3kW）、5KP（5kW）、15KPA（15kW）、 20KPA（20kW）、30KPA（30kW）系列和低电容的SAC（500W，50 pF）、LCE（1.5kW，100pF）系列。此外，还有BZW04（400W）系列玻璃钝化结TVS管。

特性TVS管有单向与双向之分（单向的型号后面的字母为“A”，双向的为“CA”），单向TVS管的特性与稳压二极管相似，双向TVS管的特性相当于两个稳压二极管反向串联，特性曲线见下图。其主要特性参数有：

①反向断态电压(截止电压)VRWM与反向漏电流IR：反向断态电压(截止电压)VRWM表示TVS管不导通的最高电压，在这个电压下只有很小的反向漏电流IR。

② 击穿电压VBR：TVS管通过规定的测试电流IT时的电压，这是表示TVS管导通的标志电压（P4KE、P6KE、1.5KE系列型号中的数字就是击穿电压的标称值，其它系列的数字是反向断态电压值）。TVS管的击穿电压有±5%的误差范围（不带“A”的为±10%）。

③脉冲峰值电流IPP：TVS管允许通过的10/1000μs波的最大峰值电流（8/20μs波的峰值电流约为其5倍左右），超过这个电流值就可能造成永久性损坏。在同一个系列中，击穿电压越高的管子允许通过的峰值电流越小。

④最大箝位电压VC：TVS管流过脉冲峰值电流IPP时两端所呈现的电压。

⑤脉冲峰值功率Pm：脉冲峰值功率Pm是指10/1000μs波的脉冲峰值电流IPP与最大箝位电压VC的乘积，即Pm=IPP*VC。

⑥稳态功率P0：TVS管也可以作稳压二极管用，这时要使用稳态功率。其各系列的稳态功率见下表：

脉冲峰值功率Pm 400W 500W 600W 1500W 3000W

稳态功率P0 1W 3W 5W 6.5W 8W

⑦极间电容Cj：与压敏电阻一样，TVS管的极间电容Cj也较大，且单向的比双向的大，功率越大的电容也越大。

3、使用指导：

①TVS管使用时，一般并联在被保护电路上。为了限制流过TVS管的电流不超过管子允许通过的峰值电流IPP，应在线路上串联限流元件，如电阻、自恢复保险丝、电感等。

②击穿电压VBR的选择：TVS管的击穿电压应根据线路最高工作电压UM按公式：VBRmin≥1.2 UM 或 VRWM ≥1.1 UM 选择。

③ 脉冲峰值电流IPP和最大箝位电压VC的选择：当TVS管单独使用时，要根据线路上可能出现的最大浪涌电流来选择IPP合适的型号。当TVS管作为第二级保护时，一般用500W～600W的就可以了。要注意的是，此时的最大箝位电压VC应不大于被保护设备所能耐受的最大浪涌电压（安全电压）。

④ 用于信号传输电路保护时，一定要注意所传输信号的频率或传输速率。信号频率（传输速率）≥10MHz（Mb/s）时，Cj应≤60pF；信号频率（传输速率）≥100MHz（Mb/s）时，Cj应≤20pF。当信号频率或传输速率较高时，应选用低电容系列的管子。当低电容系列仍满足不了要求时，就应把 TVS管接到快速恢复二极管组成的桥路中，以降低总的等效电容，提高传输信号频率。最高传输频率可达20MHz以上。

瞬态电压抑制二极管瞬态电压抑制二极管也称为TVS二极管，是一种保护用的电子零件，可以保护电器设备不受导线引入的电压尖峰破坏。

说明TVS二极管会和要保护的电路并联。当其电压超过突崩溃准位时，直接分流过多的电流。TVS二极管是箝位器，会抑制超过其崩溃电压的过高电压。当过电压消失时，TVS二极管会自动复归，而其吸收的能量比类似额定的撬棒电路要大很多。

TVS二极管有单向的及双向的。单向的TVS二极管在顺向操作时类似整流子，但在其设计允许承受很大的峰值电流，1.5KE系列的瞬间功率可以到1500 W。

双向的TVS二极管可以视为是二个极性相反的雪崩二极管相串联，再和要保护的电路并联。虽然在电路中会标示为二个二极管，不过实际元件是将二个二极管封装在同一个包装中。

TVS二极管过电压反应的速度会比其他的过电压保护元件（例如压敏电阻或是气体放电管）要快。实际的箝位大约只有一皮秒，但因为实际电路中导线存在电感，因此保护元件需容许较长时间的大电压。因此TVS二极管会比其他元件适合保护电路不受很快，而且有破坏性的电压突波。像许多分散式的电路都有这种快速的过电压突波，可能因为内部因素或是外部因素造成，例如闪电或是马达短路1。

瞬态电压抑制器若使用在超过其设计条件的环境下，可能会损坏。瞬态电压抑制器的失效模式有三种：短路、开路、元件额定下降。

TVS二极管常会称为是transorbs，或是Vishay半导体的注册商标TransZorbs。

规格TVS二极管有以下的规格：

漏电流：在电压小于最大反向关断电压时，可以导通的电流。Leakage current: the amount of current conducted when voltage applied is below the maximum reverse standoff voltage.

最大反向关断电压：在此电压以下，导流电流不明显

击穿电压：会出现显导通电流的电压。

箝位电压：导通电流会到其额定电流（数百到数千安培）的电压。

杂散电容：未导通的二极管其特性类似电容器，对于高频信号有破坏性的效果，一般会建议选用杂散电压较低的TVS二极管。

杂散电感：因为实际过电压的切换很快，包装的电感是反应速度的限制因素之一。

可吸收的能量：因为暂态很短，所有的能量都变成TVS二级管本身的热，散热片只会影响之后散热需要的时间，无法提升TVS二级管可吸收的能量。因此高能量的TVS二级管也会有较大的体积。若体积不够大，过电压可能会破坏TVS二级管，也就无法保护其他的电路。

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学