TVS在微机中的应用实例

TVS（瞬变电压抑制二极管）在美国应用十分广泛，特别是在军事电子装备中非常重视，美国军标不但出牌了不少TVS器件的标准，同时在线路应用方面也有军标。TVS在国内正处于推广应用阶段，为了加深电路设计人员对TVS的认识，提高国产整机的可靠性，现将美国军标中部分资料整理成文，推荐给广大电路设计人员参考使用。

一、TVS在微机中的应用实例

一个典型的微机系统，通过电源线、输入线、输出线进入的各种干扰或瞬变电压，可能使微机误动作出故障，特别是来自开关电源，微机近旁的电动机的开与关、交流电源电压的浪涌和瞬变、静电放电等场合都可能使系统产生误动作，严重时还可能损坏器件。将瞬变电压抑制二极管接到微机的电源线输入和输出线上，可防止瞬变电压进入“微机”总线，加强微机对外界干扰的抵抗能力，保证微机正常工作，提高其应用可靠性。使用TVS管的量是很多的。图给出了一个微机电源采用TVS作线路保护的原理图，由图可见：

1、在进线的220V~处加TVS管抑制220V~交流电网中尖峰干扰。2、在变压器进线加上干扰滤波器，滤除小尖峰干扰。3、在变压输出端V~=20V处又加上TVS管，再一次抑制干扰。4、到了直流10V输出时还加上TVS管抑制干扰。其中：

双向TVS管D1的VRWM=220V~×1.4=308V左右双向TVS管D2的VRWM=20V~×1.4=28V左右单向TVS管D3的VRWM=10V~×1.2=12V左右经过如上四次抑制，变成所谓的“净化电源”，还可以加上其它措施，更有效地抑制干扰，防止干扰进入计算机的CPU及存贮器中，从而提高微机系统的应用可靠性。从失效统计概率可知：微机系统产生100次故障，其中90次来自电源，10次是微机本身，可见电源的可靠性最重要，要提高整机可靠性，首先应提高电源的可靠性。

交流电路应用：流线路采用单向瞬变电压抑制二极管，交流则必须采用双向瞬变电压抑制二极管。交流是电网电压，这里产生的瞬变电压是随机的，有时还遇到雷击（雷电感应产生的瞬变电压）所以很难定量估算出瞬时脉冲功率PPR。但是对最大反向工作电压必须有正确的选取。一般原则是交流电压乘1.4倍来选取TVS管的最大反向工作电压。直流电压则按1.1-1.2倍来选取TVS管的最在反向工作电压VRWM。

二、TVS管保护开关电源实例对开关电源设计师来讲，必须对影响开头电源的三种瞬变类型进行保护：1、由负载变化引起的瞬变电压（电感负载）；2、由电源线引入的瞬变电压；3、由开关电源内部发生的瞬变电压。电源中需要保护的典型元器件有：1、高反压开关晶体管（VMOS管）2、高压整流器（高压流整流二极管）3、输出整流器（输出大电流整流二极管）4、内部控制电路（脉宽调制器等）典型开关电源中应用TVS的实例中共有八个TVS管，各自保护自已的对象，当然八个TVS管的特性也不同，从“击穿电压”、“最大脉冲峰值功率”、“脉冲峰值电流”到“箝位电压”等都有区别。

国外应用TVS是非常普遍的，而且数量也是很多的，可见TVS对提高整机应用可靠性是至关重要的。三、TVS保护直流稳压电源实例

一个直流稳压电源，并有扩大电流输出的晶体管，在其稳压输出端加上瞬变电压抑制二极管，可以保护使用该电源的仪器设备，同时还可以吸收电路中晶体管的集电极到发射极间的峰值电压，保护晶体管。建设在每个稳压源输出端增加一个TVS管，可大幅度提高整机应用可靠性。

TVS用于直流电路，上图所示TVS并联于输出端，可有效地保护控制系统。TVS的反向工作电压应等于或略高于直流供电电压，其它参数根据电路的具体条件而定。

上图所示为两个单向TVS连接在电源线路中，用以防止直流电源反接或电源通、断时产生的瞬时脉冲使集成电路损坏。当电路连接有感性负载，如电机、断电器线圈、螺线管时，会产生很高的瞬时脉冲电压。

直流电中选用：整机直流工作电压12V，最大允许安全电压25V（峰值），浪涌源的阻抗50MΩ，其干扰波形为方波，TP=1MS，最大峰值电流50A。选择：1、先从工作电压12V选取最大反向工作电压VRWM为13V，则击穿电压V（BR）= =15.3V；2、从击穿电压值选取最大箝位电压VC（MAX）=1.30×V(BR)=19.89V，取VC=20V；3、再从箝位电压VC和最在峰值电流IP计算出方波脉冲功率：PPR=VC×IP=20×50=1000W4、计算折合为TP=1MS指数波的峰值功率，折合系数K1=1.4，PPR=1000W÷1.4=715W从手册中可查到1N6147A其中PPR=1500W，变位电压VRWM=12.2V，击穿电压V（BR）=15.2V，最大箝位电压VC=22.3V，最大浪涌电流IP=67.3A。可满足上述设计要求，而且留有一倍的余量，不论方波还是指数波都适用。

四、TVS保护晶体管实例各种瞬变电压能使晶体管EB结或CE结击穿而损坏，特别是晶体管集电极有电感性（线圈、变压器、电动机）负载时，会产生高压反电势，往往使晶体管损坏。建设采用TVS管作为保护器。

图中的TVS可以保护晶体管及逻辑电路，从而省去了较复杂的电阻/电容保护网络。五、TVS保护集成电路实例由于集成电路集成度越来越高，其耐压越来越低，容易受到瞬变电压的冲击而损坏，必须采取保护措施。例如CMOS电路在其输入端及输出端都有保护网路，为了更可靠起见，在各整机对外接口处还增加各种保护网络。六、TVS保护可控硅实例可控硅可能误触发导致误动作，可控硅控制极电流不能太大，电压不能过高，必须采用各种保护措施。

七、TVS保护继电器实例继电器有驱动线圈，当用大功率晶体管驱动时，应采取保护措施。继电器的触点往往用大电流去开关电动机等大电流电感负载，而电感在开关时有很高的反电势，而且有较大的能量，往往把触点烧坏或击穿产生电弧等，必须对触点采取保护，抑制电弧的产生，以保护继电器。但是这种电弧产生的浪涌电流很大，过去采用电容或者用电容串联电阻、二极管、二极管串联电阻等抑制方案，现在采用瞬变电压抑制二极管方案效果更好。

美国军标举例说明TVS管的选取方法：

已知：TVS管的箝位电压VC，负载电感L和电阻RL计算步骤：

先得出最大峰值电流IP再求最大脉冲峰值功率PPR = IP × VC最后得脉冲时间TP瞬变电压抑制二极管的脉冲峰值功率与持续时间有一定关系，否则会烧坏TVS管。

八、TVS保护集成运放集成运放对外界电应力非常敏感，在使用运放的过程中，如果因操作失误或采取了不正常的工作条件，出现了过大的电压或电流，特别是浪涌和静电脉冲，就很容易使运放受损或换效。在运放差模输入端采取的过压损伤保护方法。积分电路中，如果电容充放电到高电位，然后切断电源电压，就会在输入端产生瞬态电压，交出现大的放电电流，导致运放受损。如果电容值较大（如大于0.1μF），这种效应将会十分显著。采用简单的保护电路，就能有效地防止差模电压过大，导致运放内部的电路失效。

九、TVS抑制电磁脉冲干扰实例美国哈里期公司对电子元器件抗辐射的论文中，谈及核爆炸引发强大的电磁脉冲，这种电脉冲在导线中引起感应电压，如果感应电压超过器件的击穿电压，就可能使元器件击穿失效，特别长线传输时，更能感应而产生较高的电压。

用瞬变电压抑制二极管并联在信号线及电源线上，可以吸收电磁脉冲引起的感应电压，保证系统的可靠性，避免辐射损坏元器件。十、用TVS防止感应雷电损坏微机系统实例某国内计算机中上瞬变电压抑制器，提高了应用可靠性，受到用户好评。南方打雷很多，雷电感应电压常常把计算机网中的部分计算机的集成电路击穿。每年有不少联网计算机因雷击而损坏，原因是分机与主机这间有200米以上的电缆，电缆中因雷电感应产生瞬态高压把计算机中的元器件击穿而损坏，产生较大的损失，在微机中加装很多瞬变电压抑制二级管后不再损坏。实践说明瞬变电压抑制二极管很实用，能提高整机应用可靠性，会产生较大的经济效益。还有很多应用，例如对VMOS大功率三极管，在栅极与源机之间中上瞬变电压抑制二极管，可以防止栅极击穿,提高VMOS功率管的应用可靠性。