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TVS二极管是专门设计用于吸收ESD能量并且保护系统免遭ESD损害的固态元件。如果应用得当,TVS二极管将限制跨在被保护器件上的电压刚好高过额定工作电压,但是却远低于破坏阈值电压。

     TVS相关参数 

处理瞬时脉冲对器件损害的最好办法是将瞬时电流从敏感器件引开。TVS二极管在线路板上与被保护线路并联,当瞬时电压超过电路正常工作电压后,TVS二极管便发生雪崩,提供给瞬时电流一个超低电阻通路,其结果是瞬时电流通过二极管被引开,避开被保护器件,并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。当瞬时脉冲结束以后,TVS二极管自动回复高阻状态,整个回路进入正常电压。许多器件在承受多次冲击后,其参数及性能会发生退化,而只要工作在限定范围内,二极管将不会发生损坏或退化。

 
从以上过程可以看出,在选择TVS二极管时,必须注意以下几个参数的选择:

1、最小击穿电压VBR和击穿电流IR。VBR是TVS最小的击穿电压,在25 Degree时,低于这个电压TVS是不会发生雪崩的。当TVS流过规定的1mA电流(IR)时,加于TVS两极的电压为其最小击穿电压VBR。按TVS的VBR与标准值的离散程度,可把VBR分为5%和10%两种。对于5%的VBR来说,VWM=0.85VBR；对于10%的VBR来说,VWM=0.81VBR。为了满足IEC61000-4-2国际标准,TVS二极管必须达到可以处理最小8kV(接触)和15kV(空气)的ESD冲击,有的半导体生产厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。对于某些有特殊要求的便携设备应用,设计者可以按需要挑选器件。 

2. 最大反向漏电流ID和额定反向关断电压VWM。VWM这是二极管在正常状态时可承受的电压,此电压应大于或等于被保护电路的正常工作电压,否则二极管会不断截止回路电压；但它又需要尽量与被保护回路的正常工作电压接近,这样才不会在TVS工作以前使整个回路面对过压威胁。当这个额定反向关断电压VWM加于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ID。 

   3. 最大箝位电压VC和最大峰值脉冲电流IPP。当持续时间为20mS的脉冲峰值电流IPP流过TVS时,在其两端出现的最大峰值电压为VC。VC、IPP反映了TVS的浪涌抑制能力。VC与VBR之比称为箝位因子,一般在1.2~1.4之间。VC是二极管在截止状态提供的电压,也就是在ESD冲击状态时通过TVS的电压,它不能大于被保护回路的可承受极限电压,否则器件面临被损伤的危险。

 
   4. Pppm额定脉冲功率,这是基于最大截止电压和此时的峰值脉冲电流。对于手持设备,一般来说500W的TVS就足够了。最大峰值脉冲功耗PM是TVS能承受的最大峰值脉冲功耗值。在给定的最大箝位电压下,功耗PM越大,其浪涌电流的承受能力越大。在给定的功耗PM下,箝位电压VC越低,其浪涌电流的承受能力越大。另外,峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且,TVS所能承受的瞬态脉冲是不重复的,器件规定的脉冲重复频率(持续时间与间歇时间之比)为0.01%。如果电路内出现重复性脉冲,应考虑脉冲功率的累积,有可能损坏TVS。 

   5. 电容量C。电容量C是由TVS雪崩结截面决定的,是在特定的1MHz频率下测得的。C的大小与TVS的电流承受能力成正比,C太大将使信号衰减。因此,C是数据接口电路选用TVS的重要参数。电容对于数据/信号频率越高的回路,二极管的电容对电路的干扰越大,形成噪声或衰减信号强度,因此需要根据回路的特性来决定所选器件的电容范围。高频回路一般选择电容应尽量小(如LCTVS、低电容TVS,电容不大于3pF),而对电容要求不高的回路电容选择可高于40pF。 
   

ESD应用 

此外,对于便携式设备来说,各类集成电路的复杂性和精密度的提高使它们对ESD也更加敏感,以往的通用回路设计也不再适合。合理的PCB布局最重要的是要在使用TVS二极管保护ESD损害的同时避免自感。ESD设计很可能会在回路中引起寄生自感,会对回路有强大的电压冲击,导致超出IC的承受极限而造成损坏。负载产生的自感电压与电源变化强度成正比,ESD冲击的瞬变特征易于诱发高强自感。减小寄生自感的基本原则是尽可能缩短分流回路,必须考虑到包括接地回路、TVS和被保护线路之间的回路,以及由接口到TVS的通路等所有因素。所以,TVS器件应与接口尽量接近,与被保护线路尽量接近,这样才会减少自感耦合到其它邻近线路上的机会。