中心議題：

• TVS應用的三大特點及注意事項
• TVS的典型應用電路介紹
• TVS在熱插拔電路中的應用實例
• TVS在汽車電源線保護中的應用
• TVS應用效能最佳化措施

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瞬態電壓抑製器（TVS）具有響應時間快
、瞬態功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、箝位電壓較易控製、無損壞極限、體積小等優點。目前已廣泛應用於計算機係統、通訊設備、交/直流電源
、汽車
、家用電器、儀器儀表等各個領域。本文將結合TVS應用的特點及使用注意事項，介紹TVS的幾種典型應用電路，並通過TVS在熱插拔電路保護和汽車電源線保護中應用的實例，來詳細探討如何正確應用TVS和使TVS的應用效能最佳。

在實際的應用電路中，處理瞬時脈衝對器件損害的最好辦法，就是將瞬時電流從敏感器件引開。為達到這一目的，將TVS在線路板上與被保護線路並聯。這樣，當瞬時電壓超過電路正常工作電壓後
，TNS將發生雪崩擊穿
，從而提供給瞬時電流一個超低阻抗的通路，其結果是瞬時電流通過TVS被引開，從而避開被保護器件，並且在電壓恢複正常值之前使被保護回路一直保持截止電壓。在此之後，當瞬時脈衝結束以後，TVS二極管再自動恢複至高阻狀態，整個回路進入正常電壓狀態。

1 TVS應用的三大特點

1）將TVS二極管加在信號及電源線上
，能防止微處理器或單片機因瞬間的脈衝，如靜電放電效應

、交流電源之浪湧及開關電源的噪音所導致的失靈。

2）靜電放電效應能釋放超過10000V、60A以上的脈衝

，並能持續10ms；而一般的TTL器件
，遇到超過30ms的10V脈衝時，便會導至損壞。利用TVS二極管
，可有效吸收會造成器件損壞的脈衝
，並能消除由總線之間開關所引起的幹擾（Crosstalk）。

3）將TVS二極管放置在信號線及接地間，能避免數據及控製總線受到不必要的噪音影響。

2 TVS管在使用中應注意的事項

對瞬變電壓的吸收功率(峰值)與瞬變電壓脈衝寬度間的關係。手冊給的隻是特定脈寬下的吸收功率(峰值)
，而實際線路中的脈衝寬度則變化莫測

，事前要有估計。對寬脈衝應降額使用。

對(dui)小(xiao)電(dian)流(liu)負(fu)載(zai)的(de)保(bao)護(hu)，可(ke)有(you)意(yi)識(shi)地(di)在(zai)線(xian)路(lu)中(zhong)增(zeng)加(jia)限(xian)流(liu)電(dian)阻(zu)
，隻(zhi)要(yao)限(xian)流(liu)電(dian)阻(zu)的(de)阻(zu)值(zhi)適(shi)當(dang)
，不(bu)會(hui)影(ying)響(xiang)線(xian)路(lu)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)
，但(dan)限(xian)流(liu)電(dian)阻(zu)對(dui)幹(gan)擾(rao)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)流(liu)卻(que)會(hui)大(da)大(da)減(jian)小(xiao)。這(zhe)就(jiu)有(you)可(ke)能(neng)選(xuan)用(yong)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)較(jiao)小(xiao)的(de)TVS管來對小電流負載線路進行保護。

對重複出現的瞬變電壓的抑製

，尤其值得注意的是TVS管的穩態平均功率是否在安全範圍之內。

3 TVS的典型應用電路

3.1 TVS在交流電路中的應用 　　
圖1所示是一個雙向TVS在交流電路中的應用電路。應用TVS可以有效地抑製電網帶來的過載脈衝，從而起到保護整流橋及負載中所有元器件的作用。圖1中的TVS箝位電壓應不大於電路的最大允許電壓。

圖1 雙向TVS在交流電路中的應用電路

3.2 用TVS保護直流穩壓電源 　　
圖2是一個直流穩壓電源，在其穩壓輸出端加上TVS
，可ke以yi保bao護hu使shi用yong該gai電dian源yuan的de儀yi器qi設she備bei，同tong時shi還hai可ke以yi吸xi收shou電dian路lu中zhong晶jing體ti管guan的de集ji電dian極ji到dao發fa射she極ji間jian的de峰feng值zhi電dian壓ya，從cong而er保bao護hu晶jing體ti管guan。建jian議yi在zai每mei個ge穩wen壓ya源yuan的de輸shu出chu端duan增zeng加jia一yi個geTVS管，這樣可以大幅度地提高整機的可靠性。

圖2 TVS保護直流穩壓電源

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3.3 用TVS保護晶體管電路 　　
各種瞬變電壓能使晶體管的EB結或CE結擊穿而損壞
，特別是晶體管集電極有感性(線圈
、變壓器、電動機)負載時
，通常會產生高壓反電勢，因而可能使晶體管損壞。在實際應用中
，建議采用TVS作為保護器件。圖3所示為TVS保護晶體管的四種電路實例。

圖3 TVS保護晶體管電路

3.4 用TVS保護集成運放 　　
集(ji)成(cheng)運(yun)放(fang)對(dui)外(wai)界(jie)電(dian)應(ying)力(li)非(fei)常(chang)敏(min)感(gan)。因(yin)此(ci)
，在(zai)使(shi)用(yong)運(yun)放(fang)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)，如(ru)果(guo)因(yin)操(cao)作(zuo)失(shi)誤(wu)或(huo)采(cai)取(qu)了(le)不(bu)正(zheng)常(chang)的(de)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)
，往(wang)往(wang)會(hui)出(chu)現(xian)過(guo)大(da)的(de)電(dian)壓(ya)或(huo)電(dian)流(liu)，特(te)別(bie)是(shi)浪(lang)湧(yong)和(he)靜(jing)電(dian)脈(mai)衝(chong)，從(cong)而(er)很(hen)容(rong)易(yi)使(shi)運(yun)放(fang)受(shou)損(sun)或(huo)失(shi)效(xiao)。圖(tu)4所示是用TVS在運放差模輸入端防止過壓損傷的保護電路。

圖4 TVS在運放差模輸入端防止過壓損傷的保護電路

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4 TVS的應用實例

4.1 TVS用於熱插拔電路保護
在熱插拔應用中

，TVS主zhu要yao用yong作zuo需xu要yao被bei中zhong斷duan的de差cha模mo電dian流liu的de接jie地di分fen流liu路lu徑jing。熱re插cha拔ba係xi統tong常chang被bei用yong在zai分fen布bu式shi電dian源yuan係xi統tong中zhong提ti供gong可ke靠kao的de係xi統tong保bao護hu和he電dian氣qi管guan理li
，典dian型xing服fu務wu器qi係xi統tong的de線xian卡ka接jie口kou和he熱re插cha拔ba電dian路lu原yuan理li圖tu如ru圖tu5所示。

圖5 典型服務器係統的線卡接口和熱插拔電路原理圖

從本質上講，當檢測到故障和電流中斷期間的電流轉換率可能達到100A/μs或以上時
，圖5中的通路MOSFET Q1將迅速被熱插拔控製器關閉。不過
，輸入功率路徑的電源軌總線結構難免出現寄生電感（與電源母線的長度和固有環路麵積有關）。儲存在該電感的能量將轉移到電路中的其他元件，以致產生過壓動態行為。為了防止下遊元件被損壞，在分流保護配置中從VIN至GND處連接了響應速度快的單向TVS（瞬態電壓抑製）矽二極管，如圖5所示。
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應用於熱插拔電路中的TVS選擇可按照以下步驟進行：
1）用切斷電壓VR選擇單向TVS，該電壓等於或大於直流或連續峰值工作母線電壓水平。14V或15V TVS適合低阻抗12VDC±10％的服務器係統輸入總線。
2）根據熱插拔控製器斷路器閾值電壓
、響應時間和所選分流電阻器來確定峰值脈衝電流水平IP。
3）利用公式 （式中，VC：鉗位電壓；IP：峰值脈衝電流
；VC(max)：最大鉗位電壓；VBR：擊穿電壓
；IPP：采用10/1000 ms波形的VC(max)條件下的最大峰值脈衝電流。）由第2步和相關數據表參數給定的IP水平來計算電路鉗位電壓VC。VC是否足夠低？如果不是，另一種方法是使用一個較大的TVS，以獲得較陡峭的下降。請注意，VC的電壓溫度係數與VBR類似（例如在75℃的工作環境條件下，0.1%/℃意味著該係數增加了5％）。
4）計算出VC和IP的乘積，以獲得由TVS維持的實際峰值功率水平。
5）利用公式 （式中，L為電路中的寄生電感）和已知的輸入寄生電感來確定三角脈衝波形的脈衝持續時間td（即衰減到零的時間）。
6）使用類似圖6（a）曲線的第5步脈衝持續時間降額PPP。如前所述，三角脈衝電流波形可以實現比雙指數參考波形曲線高33％的脈衝功率。
7）使用類似圖6（b）曲線的環境溫度降額PPP。同時應該考慮相鄰元件的相互熱效應。
8）第7步的淨降額PPP是否實現了由第4步計算的實際TVS峰值功率的足夠設計餘量（至少50％）？如果沒有
，選擇一個較大的TVS並重複1-8步驟。

圖6 （a）峰值脈衝功率與脈衝持續時間，(b)熱降額特性

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4.2 TVS用於汽車電源線的初級保護和次級保護

電子控製單元、傳感器和信息娛樂係統等汽車電子設備連接在一根電源線上，如圖7所示。這些電子產品的電源是電池和交流發電機


，這兩種電源的輸出電壓都不穩定
，容易受溫度、工作狀態和其他條件影響。此外

，使用燃油噴射係統、閥、電機、電氣和水解控製器等電磁線圈負載的汽車係統
，會把ESD

、尖峰噪聲和其他類型的瞬態和浪湧電壓引入到電源和信號線上。因此

，汽車設計中必須保護電子設備(例如控製單元、傳感器和信息娛樂係統)免受電源線上出現的有害浪湧電壓

、瞬態電壓、ESD和噪聲的損害。瞬態電壓抑製器(TVS)是汽車電子保護的理想方案，下麵主要介紹TVS在汽車電源線中的初級保護和次級保護應用。

圖7 典型的汽車電源線

4.2.1 汽車電源線初級保護(甩負荷) 
用於汽車電子初級保護的甩負荷TVS有兩類：外延型和非外延型。在反偏模式下，這兩組產品具有相似的擊穿工作特性。不同之處在於，外延型TVS在正向模式下具有低正向壓降(VF)特性，非外延型TVS在相同條件下VF相對較高。

在反向電源輸入模式中，電源線電壓與TVS VF的電壓相同，這種反偏模式會引起電子線路故障
，外延型TVS的低正向壓降能夠很好地解決這個問題，如圖8所示。

圖8  TVS用於汽車電源線初級保護

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4.2.2 汽車電源線的次級保護
汽車係統中保護電路的初級對象是高浪湧電壓，但是被鉗位的電壓仍然很高。因此，在24V動力總成中的次級保護特別重要，比如卡車和貨車中的動力總成。其主要原因是因為大多數穩壓器和DC-DC轉換器IC的最大輸入電壓是45V~60V。對於此類應用，建議使用圖9中的次級保護。在電源線上增加電阻R可以減小瞬態電流，這樣就可以使用更小額定功率的TVS作為次級保護。

圖9 次級保護

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5 TVS二極管效能最佳化

如何使TVS在電路中應用的效能最佳？印製電路板的布線及電路元件的選擇很重要
，通過合理放置TVS的位置、接地選擇、寄生電感和回路區的處理

，以及突崩式TVS與二極管陣列、單向與雙向突崩式TVS二極管、外部與內部晶片保護電路的比較，科學合理地進行PCB的布線和TVS元件的選擇，使TVS的效能最佳化。

詳細閱讀：TVS二極管效能最佳化
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6 結語

本文詳細介紹了TVS的應用特點
、典型應用及應用實例
，並從印製電路板的布線和TVS元件的選擇兩個方麵探討了如何使TVS的效能最佳化的措施，對電路保護設計工程師合理高效應用TVS進行電路保護設計非常有參考價值。