TVS（瞬變電壓抑制二極管）在美國應(yīng)用十分廣泛，特別是在軍事電子裝備中非常重視，美國軍標(biāo)不但出牌了不少TVS器件的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)在線路應(yīng)用方面也有軍標(biāo)。TVS在國內(nèi)正處于推廣應(yīng)用階段，為了加深電路設(shè)計(jì)人員對TVS的認(rèn)識(shí)，提高國產(chǎn)整機(jī)的可靠性，現(xiàn)將美國軍標(biāo)中部分資料整理成文，推薦給廣大電路設(shè)計(jì)人員參考使用。

一、TVS在微機(jī)中的應(yīng)用實(shí)例

一個(gè)典型的微機(jī)系統(tǒng)，通過電源線、輸入線、輸出線進(jìn)入的各種干擾或瞬變電壓，可能使微機(jī)誤動(dòng)作出故障，特別是來自開關(guān)電源，微機(jī)近旁的電動(dòng)機(jī)的開與關(guān)、交流電源電壓的浪涌和瞬變、靜電放電等場合都可能使系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)還可能損壞器件。將瞬變電壓抑制二極管接到微機(jī)的電源線輸入和輸出線上，可防止瞬變電壓進(jìn)入“微機(jī)”總線，加強(qiáng)微機(jī)對外界干擾的抵抗能力，保證微機(jī)正常工作，提高其應(yīng)用可靠性。使用TVS管的量是很多的。圖給出了一個(gè)微機(jī)電源采用TVS作線路保護(hù)的原理圖，由圖可見：

1、在進(jìn)線的220V~處加TVS管抑制220V~交流電網(wǎng)中尖峰干擾。2、在變壓器進(jìn)線加上干擾濾波器，濾除小尖峰干擾。3、在變壓輸出端V~=20V處又加上TVS管，再一次抑制干擾。4、到了直流10V輸出時(shí)還加上TVS管抑制干擾。其中：

雙向TVS管D1的VRWM=220V~×1.4=308V左右雙向TVS管D2的VRWM=20V~×1.4=28V左右單向TVS管D3的VRWM=10V~×1.2=12V左右經(jīng)過如上四次抑制，變成所謂的“凈化電源”，還可以加上其它措施，更有效地抑制干擾，防止干擾進(jìn)入計(jì)算機(jī)的CPU及存貯器中，從而提高微機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用可靠性。從失效統(tǒng)計(jì)概率可知：微機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生100次故障，其中90次來自電源，10次是微機(jī)本身，可見電源的可靠性最重要，要提高整機(jī)可靠性，首先應(yīng)提高電源的可靠性。

交流電路應(yīng)用：流線路采用單向瞬變電壓抑制二極管，交流則必須采用雙向瞬變電壓抑制二極管。交流是電網(wǎng)電壓，這里產(chǎn)生的瞬變電壓是隨機(jī)的，有時(shí)還遇到雷擊（雷電感應(yīng)產(chǎn)生的瞬變電壓）所以很難定量估算出瞬時(shí)脈沖功率PPR。但是對最大反向工作電壓必須有正確的選取。一般原則是交流電壓乘1.4倍來選取TVS管的最大反向工作電壓。直流電壓則按1.1-1.2倍來選取TVS管的最在反向工作電壓VRWM。

二、TVS管保護(hù)開關(guān)電源實(shí)例對開關(guān)電源設(shè)計(jì)師來講，必須對影響開頭電源的三種瞬變類型進(jìn)行保護(hù)：1、由負(fù)載變化引起的瞬變電壓（電感負(fù)載）；2、由電源線引入的瞬變電壓；3、由開關(guān)電源內(nèi)部發(fā)生的瞬變電壓。電源中需要保護(hù)的典型元器件有：1、高反壓開關(guān)晶體管（VMOS管）2、高壓整流器（高壓流整流二極管）3、輸出整流器（輸出大電流整流二極管）4、內(nèi)部控制電路（脈寬調(diào)制器等）典型開關(guān)電源中應(yīng)用TVS的實(shí)例中共有八個(gè)TVS管，各自保護(hù)自已的對象，當(dāng)然八個(gè)TVS管的特性也不同，從“擊穿電壓”、“最大脈沖峰值功率”、“脈沖峰值電流”到“箝位電壓”等都有區(qū)別。

國外應(yīng)用TVS是非常普遍的，而且數(shù)量也是很多的，可見TVS對提高整機(jī)應(yīng)用可靠性是至關(guān)重要的。三、TVS保護(hù)直流穩(wěn)壓電源實(shí)例

一個(gè)直流穩(wěn)壓電源，并有擴(kuò)大電流輸出的晶體管，在其穩(wěn)壓輸出端加上瞬變電壓抑制二極管，可以保護(hù)使用該電源的儀器設(shè)備，同時(shí)還可以吸收電路中晶體管的集電極到發(fā)射極間的峰值電壓，保護(hù)晶體管。建設(shè)在每個(gè)穩(wěn)壓源輸出端增加一個(gè)TVS管，可大幅度提高整機(jī)應(yīng)用可靠性。

TVS用于直流電路，上圖所示TVS并聯(lián)于輸出端，可有效地保護(hù)控制系統(tǒng)。TVS的反向工作電壓應(yīng)等于或略高于直流供電電壓，其它參數(shù)根據(jù)電路的具體條件而定。

上圖所示為兩個(gè)單向TVS連接在電源線路中，用以防止直流電源反接或電源通、斷時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)脈沖使集成電路損壞。當(dāng)電路連接有感性負(fù)載，如電機(jī)、斷電器線圈、螺線管時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高的瞬時(shí)脈沖電壓。

直流電中選用：整機(jī)直流工作電壓12V，最大允許安全電壓25V（峰值），浪涌源的阻抗50MΩ，其干擾波形為方波，TP=1MS，最大峰值電流50A。選擇：1、先從工作電壓12V選取最大反向工作電壓VRWM為13V，則擊穿電壓V（BR）= =15.3V；2、從擊穿電壓值選取最大箝位電壓VC（MAX）=1.30×V(BR)=19.89V，取VC=20V；3、再從箝位電壓VC和最在峰值電流IP計(jì)算出方波脈沖功率：PPR=VC×IP=20×50=1000W4、計(jì)算折合為TP=1MS指數(shù)波的峰值功率，折合系數(shù)K1=1.4，PPR=1000W÷1.4=715W從手冊中可查到1N6147A其中PPR=1500W，變位電壓VRWM=12.2V，擊穿電壓V（BR）=15.2V，最大箝位電壓VC=22.3V，最大浪涌電流IP=67.3A?？蓾M足上述設(shè)計(jì)要求，而且留有一倍的余量，不論方波還是指數(shù)波都適用。

四、TVS保護(hù)晶體管實(shí)例各種瞬變電壓能使晶體管EB結(jié)或CE結(jié)擊穿而損壞，特別是晶體管集電極有電感性（線圈、變壓器、電動(dòng)機(jī)）負(fù)載時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高壓反電勢，往往使晶體管損壞。建設(shè)采用TVS管作為保護(hù)器。

圖中的TVS可以保護(hù)晶體管及邏輯電路，從而省去了較復(fù)雜的電阻/電容保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。五、TVS保護(hù)集成電路實(shí)例由于集成電路集成度越來越高，其耐壓越來越低，容易受到瞬變電壓的沖擊而損壞，必須采取保護(hù)措施。例如CMOS電路在其輸入端及輸出端都有保護(hù)網(wǎng)路，為了更可靠起見，在各整機(jī)對外接口處還增加各種保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。六、TVS保護(hù)可控硅實(shí)例可控硅可能誤觸發(fā)導(dǎo)致誤動(dòng)作，可控硅控制極電流不能太大，電壓不能過高，必須采用各種保護(hù)措施。

七、TVS保護(hù)繼電器實(shí)例繼電器有驅(qū)動(dòng)線圈，當(dāng)用大功率晶體管驅(qū)動(dòng)時(shí)，應(yīng)采取保護(hù)措施。繼電器的觸點(diǎn)往往用大電流去開關(guān)電動(dòng)機(jī)等大電流電感負(fù)載，而電感在開關(guān)時(shí)有很高的反電勢，而且有較大的能量，往往把觸點(diǎn)燒壞或擊穿產(chǎn)生電弧等，必須對觸點(diǎn)采取保護(hù)，抑制電弧的產(chǎn)生，以保護(hù)繼電器。但是這種電弧產(chǎn)生的浪涌電流很大，過去采用電容或者用電容串聯(lián)電阻、二極管、二極管串聯(lián)電阻等抑制方案，現(xiàn)在采用瞬變電壓抑制二極管方案效果更好。

美國軍標(biāo)舉例說明TVS管的選取方法：

已知：TVS管的箝位電壓VC，負(fù)載電感L和電阻RL計(jì)算步驟：

先得出最大峰值電流IP再求最大脈沖峰值功率PPR = IP × VC最后得脈沖時(shí)間TP瞬變電壓抑制二極管的脈沖峰值功率與持續(xù)時(shí)間有一定關(guān)系，否則會(huì)燒壞TVS管。

八、TVS保護(hù)集成運(yùn)放集成運(yùn)放對外界電應(yīng)力非常敏感，在使用運(yùn)放的過程中，如果因操作失誤或采取了不正常的工作條件，出現(xiàn)了過大的電壓或電流，特別是浪涌和靜電脈沖，就很容易使運(yùn)放受損或換效。在運(yùn)放差模輸入端采取的過壓損傷保護(hù)方法。積分電路中，如果電容充放電到高電位，然后切斷電源電壓，就會(huì)在輸入端產(chǎn)生瞬態(tài)電壓，交出現(xiàn)大的放電電流，導(dǎo)致運(yùn)放受損。如果電容值較大（如大于0.1μF），這種效應(yīng)將會(huì)十分顯著。采用簡單的保護(hù)電路，就能有效地防止差模電壓過大，導(dǎo)致運(yùn)放內(nèi)部的電路失效。

九、TVS抑制電磁脈沖干擾實(shí)例美國哈里期公司對電子元器件抗輻射的論文中，談及核爆炸引發(fā)強(qiáng)大的電磁脈沖，這種電脈沖在導(dǎo)線中引起感應(yīng)電壓，如果感應(yīng)電壓超過器件的擊穿電壓，就可能使元器件擊穿失效，特別長線傳輸時(shí)，更能感應(yīng)而產(chǎn)生較高的電壓。

用瞬變電壓抑制二極管并聯(lián)在信號(hào)線及電源線上，可以吸收電磁脈沖引起的感應(yīng)電壓，保證系統(tǒng)的可靠性，避免輻射損壞元器件。十、用TVS防止感應(yīng)雷電損壞微機(jī)系統(tǒng)實(shí)例某國內(nèi)計(jì)算機(jī)中上瞬變電壓抑制器，提高了應(yīng)用可靠性，受到用戶好評。南方打雷很多，雷電感應(yīng)電壓常常把計(jì)算機(jī)網(wǎng)中的部分計(jì)算機(jī)的集成電路擊穿。每年有不少聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)因雷擊而損壞，原因是分機(jī)與主機(jī)這間有200米以上的電纜，電纜中因雷電感應(yīng)產(chǎn)生瞬態(tài)高壓把計(jì)算機(jī)中的元器件擊穿而損壞，產(chǎn)生較大的損失，在微機(jī)中加裝很多瞬變電壓抑制二級管后不再損壞。實(shí)踐說明瞬變電壓抑制二極管很實(shí)用，能提高整機(jī)應(yīng)用可靠性，會(huì)產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。還有很多應(yīng)用，例如對VMOS大功率三極管，在柵極與源機(jī)之間中上瞬變電壓抑制二極管，可以防止柵極擊穿,提高VMOS功率管的應(yīng)用可靠性。