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，美國軍標不但出牌了不少TVS器件的標準，同時在線路應(yīng)用方面也有軍標。TVS在國內(nèi)正處于推廣應(yīng)用階段，為了加深電路設(shè)計人員對TVS的認識，提高國產(chǎn)整機的可靠性，現(xiàn)將美國軍標中部分資料整理成文，推薦給廣大電路設(shè)計人員參考使用。

一、TVS在微機中的應(yīng)用實例

一個典型的微機系統(tǒng)，通過電源線、輸入線、輸出線進入的各種干擾或瞬變電壓，可能使微機誤動作出故障，特別是來自開關(guān)電源，微機近旁的電動機的開與關(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)生誤動作，嚴重時還可能損壞器件。將瞬變電壓抑制二極管接到微機的電源線輸入和輸出線上，可防止瞬變電壓進入“微機”總線，加強微機對外界干擾的抵抗能力，保證微機正常工作，提高其應(yīng)用可靠性。使用TVS管的量是很多的。圖給出了一個微機電源采用TVS作線路保護的原理圖，由圖可見：

1、在進線的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，防止干擾進入計算機的CPU及存貯器中，從而提高微機系統(tǒng)的應(yīng)用可靠性。從失效統(tǒng)計概率可知：微機系統(tǒng)產(chǎn)生100次故障，其中90次來自電源，10次是微機本身，可見電源的可靠性最重要，要提高整機可靠性，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的，有時還遇到雷擊（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管保護開關(guān)電源實例對開關(guān)電源設(shè)計師來講，必須對影響開頭電源的三種瞬變類型進行保護：1、由負載變化引起的瞬變電壓（電感負載）；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的實例中共有八個TVS管，各自保護自已的對象，當然八個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對提高整機應(yīng)用可靠性是至關(guān)重要的。三、TVS保護直流穩(wěn)壓電源實例

一個直流穩(wěn)壓電源，并有擴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，可以保護使用該電源的儀器設(shè)備，同時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，保護晶體管。建設(shè)在每個穩(wěn)壓源輸出端增加一個TVS管，可大幅度提高整機應(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、斷時產(chǎn)生的瞬時脈沖使集成電路損壞。當電路連接有感性負載，如電機、斷電器線圈、螺線管時，會產(chǎn)生很高的瞬時脈沖電壓。

直流電中選用：整機直流工作電壓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計算出方波脈沖功率：PPR=VC×IP=20×50=1000W4、計算折合為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保護晶體管實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、電動機）負載時，會產(chǎn)生高壓反電勢，往往使晶體管損壞。建設(shè)采用TVS管作為保護器。

圖中的TVS可以保護晶體管及邏輯電路，從而省去了較復(fù)雜的電阻/電容保護網(wǎng)絡(luò)。五、TVS保護集成電路實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，必須采取保護措施。例如CMOS電路在其輸入端及輸出端都有保護網(wǎng)路，為了更可靠起見，在各整機對外接口處還增加各種保護網(wǎng)絡(luò)。六、TVS保護可控硅實例可控硅可能誤觸發(fā)導(dǎo)致誤動作，可控硅控制極電流不能太大，電壓不能過高，必須采用各種保護措施。

七、TVS保護繼電器實例繼電器有驅(qū)動線圈，當用大功率晶體管驅(qū)動時，應(yīng)采取保護措施。繼電器的觸點往往用大電流去開關(guān)電動機等大電流電感負載，而電感在開關(guān)時有很高的反電勢，而且有較大的能量，往往把觸點燒壞或擊穿產(chǎn)生電弧等，必須對觸點采取保護，抑制電弧的產(chǎn)生，以保護繼電器。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。

美國軍標舉例說明TVS管的選取方法：

已知：TVS管的箝位電壓VC，負載電感L和電阻RL計算步驟：

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

八、TVS保護集成運放集成運放對外界電應(yīng)力非常敏感，在使用運放的過程中，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，就很容易使運放受損或換效。在運放差模輸入端采取的過壓損傷保護方法。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)致運放受損。如果電容值較大（如大于0.1μF），這種效應(yīng)將會十分顯著。采用簡單的保護電路，就能有效地防止差模電壓過大，導(dǎo)致運放內(nèi)部的電路失效。

九、TVS抑制電磁脈沖干擾實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，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)雷電損壞微機系統(tǒng)實例某國內(nèi)計算機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)電壓常常把計算機網(wǎng)中的部分計算機的集成電路擊穿。每年有不少聯(lián)網(wǎng)計算機因雷擊而損壞，原因是分機與主機這間有200米以上的電纜，電纜中因雷電感應(yīng)產(chǎn)生瞬態(tài)高壓把計算機中的元器件擊穿而損壞，產(chǎn)生較大的損失，在微機中加裝很多瞬變電壓抑制二級管后不再損壞。實踐說明瞬變電壓抑制二極管很實用，能提高整機應(yīng)用可靠性，會產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。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。