淺析信號端口中電阻和TVS管對浪涌防護(hù)的影響

一、TVS管的特性及關(guān)鍵參數(shù)

1、TVS管的特性

在規(guī)定的反向應(yīng)用條件下，TVS管對受保護(hù)的線路呈高阻抗?fàn)顟B(tài)。當(dāng)瞬間電壓超過其擊穿電壓時(shí)，TVS管就會(huì)提供一個(gè)低阻抗的路徑，并通過大電流方式使流向被保護(hù)元器件的瞬間電流分流到TVS二極管，同時(shí)將受保護(hù)元器件兩端的電壓限制在TVS管的箝位電壓。當(dāng)過壓條件消失后，TVS管又恢復(fù)到高阻抗?fàn)顟B(tài)。

2、TVS管的關(guān)鍵參數(shù)

（1）最小擊穿電壓VBR：器件在發(fā)生擊穿的區(qū)域內(nèi)，在規(guī)定的試驗(yàn)電流IBR（一般情況IBR＝1mA）下，測得器件兩端的電壓稱為最小擊穿電壓。

（2）反向斷態(tài)電壓VRWM：TVS管最大連續(xù)工作的直流或脈沖電壓，該電壓施加于TVS管的兩極間時(shí)，它處于反向關(guān)斷狀態(tài)，流過它的電流應(yīng)小于或等于其最大反向漏電流IR。

（3）脈沖峰值電流IPP：反向工作時(shí)，在規(guī)定的脈沖波形（如：10/1000μs雙指數(shù)波形）條件下，器件允許通過的最大浪涌電流。

（4）最大箝位電壓VC：當(dāng)脈沖峰值電流IPP流過TVS管時(shí)，其兩端出現(xiàn)的最大電壓值稱為箝位電壓VC。VC和IPP反映了TVS管的浪涌抑制能力。通常把VC與VBR之比稱為箝位因子（系數(shù)），其值一般在1.2～1.4之間。

（5）脈沖峰值功率PPP：脈沖峰值功率PPP是指脈沖峰值電流IPP與最大箝位電壓VC的乘積，即PPP＝IPP×VC。它是TVS管能承受的最大峰值功率。在給定的最大箝位電壓下，脈沖峰值功率PPP越大，其浪涌電流的承受能力越大。

（6）結(jié)電容CJ：TVS管結(jié)電容CJ是由其硅片的雪崩結(jié)截面和偏置電壓來決定的，是在特定頻率（1MHz）下測得。CJ的大小與TVS管的電流承受能力成正比，CJ太大，將使信號衰減。因此，電容CJ是數(shù)據(jù)接口電路選用TVS管的重要參數(shù)。在高頻信號線路的保護(hù)中，應(yīng)主要選用低結(jié)電容的TVS管，一般低結(jié)電容的TVS管其結(jié)電容可以做到零點(diǎn)幾到幾pF的數(shù)量級了。

二、TVS管與壓敏電阻的區(qū)別

TVS管的非線性特性和穩(wěn)壓管一樣，擊穿前漏電流很小，擊穿后是標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)壓特性，比起壓敏電阻來TVS管最大箝位電壓偏離擊穿電壓較小，優(yōu)于壓敏電阻。在很多精細(xì)保護(hù)的電子電路中，應(yīng)用TVS管是比較好的選擇。TVS管的流通量在限壓型浪涌保護(hù)器件中是最小的，一般用于最末級的精細(xì)保護(hù)，因其流通量小，一般不用于交流電源線路的保護(hù)，直流電源的防雷電路使用TVS管時(shí)，一般還需要與壓敏電阻等流通容量大的器件配合使用。TVS管便于集成，很適用于在PCB板上使用。

TVS管具有的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可靈活選用單向和雙向保護(hù)器件，在單極性的信號電路和直流電源電路中，選用單向TVS管，可以獲得比壓敏電阻更低的殘壓。TVS管也可以與二極管串聯(lián)，利用二極管寄生電容較小的特點(diǎn)來降低總寄生電容或者串聯(lián)小電阻降低總寄生電容，從而實(shí)現(xiàn)對高速信號端口的保護(hù)。

三、TVS管和電阻做浪涌防護(hù)

在信號端口的浪涌防護(hù)設(shè)計(jì)中，為了提高浪涌防護(hù)效果，常常用TVS與電阻匹配一起使用，但是TVS和電阻在設(shè)計(jì)中不同的布局，效果會(huì)有很大的差異，布局一：保護(hù)電阻放置在TVS管的前面，布局二：保護(hù)電阻放置在TVS管的后面---如下圖1所示。

將浪涌發(fā)生器設(shè)置為連續(xù)10次（正負(fù)各5次）輸出1.2/50uS的標(biāo)準(zhǔn)浪涌電壓，浪涌電壓根據(jù)不同端口設(shè)置不同的電壓。測試結(jié)果如下表1和表2所示。

表1為保護(hù)電阻放置在TVS管的前面的測試數(shù)據(jù)，表2為保護(hù)電阻放置在TVS管的后面的測試數(shù)據(jù)。從以下測試數(shù)據(jù)可知，表1接口抗浪涌電壓的能力比表2要差很多，且表1失效的均為電阻損壞造成而TVS管并沒有損壞；表2接口失效則是由于TVS管擊穿短路造成的，電阻并沒有損壞。

由此可知，電阻放置在TVS管后面布局放置時(shí)的防護(hù)浪涌能力更強(qiáng)。

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