在瞬態(tài)電壓抑制領(lǐng)域,TVS 管(瞬態(tài)電壓抑制二極管)的保護(hù)性能直接取決于兩大核心參數(shù):擊穿電壓(VBR)與鉗位電壓(VC)。這兩個(gè)參數(shù)的精準(zhǔn)匹配,是保障電子系統(tǒng)免受浪涌沖擊的關(guān)鍵。
一、擊穿電壓:導(dǎo)通的臨界點(diǎn)
擊穿電壓指 TVS管從截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)的臨界電壓,通常在規(guī)定測(cè)試電流(IR)下測(cè)定。當(dāng)外加電壓低于 VBR 時(shí),TVS 管呈現(xiàn)高阻抗特性,漏電流(IR)極?。ㄍǔ?μA 級(jí)),幾乎不影響電路正常工作;當(dāng)電壓超過 VBR,管體迅速進(jìn)入雪崩擊穿狀態(tài),阻抗急劇下降,開始吸收浪涌能量。
需注意的是,擊穿電壓具有溫度系數(shù)特性:硅基 TVS 管的 VBR 隨溫度升高呈正系數(shù)變化(溫度每升 1℃,VBR 約增 0.1%),低溫環(huán)境下則略有降低。選型時(shí)需預(yù)留 10%-15% 的余量,避免因環(huán)境溫度波動(dòng)導(dǎo)致保護(hù)閾值偏移。
二、鉗位電壓:保護(hù)的上限值
鉗位電壓是 TVS管導(dǎo)通后兩端能維持的最大電壓,即在規(guī)定峰值脈沖電流(IPP)下的最大端電壓。這一參數(shù)直接決定被保護(hù)電路承受的最高瞬態(tài)電壓,必須低于被保護(hù)器件的耐壓極限(如 CMOS 芯片的 ESD 耐受電壓通常為 200-500V)。
鉗位電壓的關(guān)鍵影響因素包括:
脈沖電流強(qiáng)度:相同 TVS 管在更大 IPP 下,VC 會(huì)略微上升(因芯片內(nèi)阻產(chǎn)生壓降);
結(jié)電容:高頻電路中,結(jié)電容過大會(huì)導(dǎo)致鉗位響應(yīng)延遲,需選擇低電容型 TVS(如小于 10pF);
封裝形式:大功率 TVS 管(如 DO-218AB 封裝)通過增強(qiáng)散熱降低鉗位電壓波動(dòng)。
三、兩者的關(guān)聯(lián)性與保護(hù)裕量
擊穿電壓與鉗位電壓的比值(VC/VBR)稱為鉗位系數(shù),優(yōu)質(zhì) TVS 管的鉗位系數(shù)通常在 1.2-1.8 之間。該系數(shù)越小,說(shuō)明能量吸收效率越高,保護(hù)性能越優(yōu)異。例如,某 TVS 管 VBR=12V,VC=18V,其鉗位系數(shù)為 1.5,意味著浪涌發(fā)生時(shí),電壓被限制在擊穿電壓的 1.5 倍以內(nèi)。
實(shí)際選型中,需滿足:被保護(hù)電路工作電壓<VBR(確保正常狀態(tài)不導(dǎo)通),且 VC<被保護(hù)器件耐壓值(確保浪涌時(shí)不損壞)。以 5V 工作的 MCU 電路為例,應(yīng)選擇 VBR=6.5-7V、VC≤12V 的 TVS 管,既避免誤觸發(fā),又能應(yīng)對(duì) ±15kV ESD 沖擊。
四、選型的核心原則
TVS管的保護(hù)效能最終由 “擊穿電壓精準(zhǔn)觸發(fā)、鉗位電壓嚴(yán)格受控” 共同實(shí)現(xiàn)。在通信接口、電源入口等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),需通過示波器實(shí)測(cè)浪涌波形,驗(yàn)證 VC 是否在安全閾值內(nèi)。記?。汉细竦?TVS 保護(hù),是讓擊穿電壓 “不早不晚”,鉗位電壓 “不高不低”。
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