原标题：开关电源安全设计——瞬态抑制二极管选型

　　前言:

　　随着城市经济的发展，感应雷和雷电波侵入造成的危害大大增加。一般建筑物上的避雷针只能预防直击雷，而强大的电磁场产生的感应雷和脉冲电压却能潜入室内危及各种用电设备的安全。瞬间高电压的雷击浪涌以及信号系统浪涌是引起设备稳定性差的重要原因，信号系统浪涌电压的主要来源是感应雷击、电磁干扰(EMI)、无线电干扰和静电干扰。金属物体受到这些干扰信号的影响，会使传输中的数据产生误码，影响传输的准确性和传输速率。如何设计防雷电路成为关键问题。

　　典型一次开关电源防雷电路设计如下图所示。

　　图1 开关电源常用防雷电路

　　第三级保护电路为瞬态抑制二极管，简称TVS(Transient Voltage Suppressor )，是一种二极管形式的高效能保护器件。在规定的反向应用条件下，当TVS管承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低，允许大电流通过，并将电压箝制到预定水平，从而有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏。对于上述开关电源防雷电路，TVS管可以有效的抑制雷击后前两级防雷电路的残压，从而更好的保护后级低压变换电路。

　　TVS管分类

　　TVS管按极性分为单极性和双极性，按用途分通用型器件和专用型器件，如果按照封装及内部结构可分为：轴向引线TVS管，双列直插TVS阵列、贴片式、组件式和大功率模块式。

　　TVS管结构及特性曲线

　　瞬态电压抑制二极管通常采用二极管式的轴向引线封装，如图2所示。它的最基本核心单元为芯片，芯片是由半导体硅材料扩散而制成的，有单极型和双极型两种结构。单极型瞬态二极管有一个PN结，双极型瞬态二极管有两个PN结，它们是利用现代半导体制作工艺在同一硅片的正反两个面上制作出的两个背对背的PN结。瞬态电压抑制二极管芯片的PN结经过玻璃纯化保护由引线引出，再由环氧树脂封装而成。

　　图2 瞬态抑制二极管的一般结构

　　瞬态抑制二极管的特性曲线如下图3所示。

　　图3 瞬态抑制二极管的特性曲线

　　TVS管主要参数

　　1.击穿电压VBR：器件在发生击穿的区域内，在规定的试验电流下，测得器件两端的电压称为击穿电压，在此区域内，瞬态抑制二极管成为低阻抗的通路。

　　2.反向截止电压VRWM与反向漏电流IR：VRWM是TVS最大连续工作的直流或脉冲电压，当这个反向电压加入TVS的两极间时，它处于反向关断状态，流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流IR。

　　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.最大钳位电压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.电容量C：电容量C是TVS雪崩结截面决定的，在特定的1MHZ频率下测得的。C的大小与TVS的电流承受能力成正比，C过大将使信号衰减。因此，C是数据接口电路选用TVS的重要参数。

　　7.钳位时间TC: TC是TVS两端电压从零到最小击穿电压VBR的时间。对单极性TVS一般是1×10-12秒;对双极性TVS一般是1×10-11秒。

　　TVS管的应用

　　● TVS的响应时间可以达到ps级，是限压型浪涌保护器件中最快的。用于电子电路的过电压保护时其响应速度都可满足要求。TVS管的结电容根据制造工艺的不同，大体可分为两种类型，高结电容型TVS一般在几百～几千pF的数量级，低结电容型TVS的结电容一般在几pF～几十pF的数量级。一般分立式TVS的结电容都较高，表贴式TVS管中两种类型都有。在高频信号线路的保护中，应主要选用低结电容的TVS管。

　　● TVS管的非线性特性比压敏电阻好，当通过TVS管的过电流增大时，TVS管的钳位电压上升速度比压敏电阻慢，因此可以获得比压敏电阻更理想的残压输出。在很多需要精细保护的电子电路中，应用TVS管是比较好的选择。TVS管的通流容量在限压型浪涌保护器中是最小的，一般用于最末级的精细保护(见图1)，因其通流量小，一般不用于交流电源线路的保护，直流电源的防雷电路使用TVS管时，一般还需要与压敏电阻等通流容量大的器件配合使用。TVS管便于集成，很适合在单板上使用。

　　● TVS具有的另一个优点是可灵活选用单向或双向保护器件，在单极性的信号电路和直流电源电路中，选用单向TVS管，可以获得比较低的残压。

　　● TVS的反向击穿电压、通流容量是电路设计时应重点考虑的。在直流回路中，应当有：min(VBR)≥(1.3～1.6)Umax，式中VBR为直流TVS的反向击穿电压，Umax是直流回路中的电压峰值。

　　● TVS管主要可用于直流电源、信号线路、天馈线路的防雷保护。将TVS二极管加在信号及电源线上，能防止微处理器或单片机因瞬间的肪冲，如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。静电放电效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲，并能持续10ms;而一般的TTL器件，遇到超过30ms的10V脉冲时，便会导至损坏。利用TVS二极管，可有效吸收会造成器件损坏的脉冲，并能消除由总线之间开关所引起的干扰。

　　综述:

　　TVS管是一种用来保护敏感半导体器件使其免受瞬态电压浪涌而特别设计的固态半导体器件，在EMC及ESD防护中均起着至关重要的作用。益弘泰公司在保证自身产品的可靠性的前提下，技术支持团队可以为客户提供更加全面的开关电源防护电路方案。