被保护电路的正常工作电压高于TVS二极管的击穿电压会损坏TVS吗？答案出乎意料

原创硬件那点事儿 2024-12-16 08:05

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Part 01

前言

在电路正常工作情况下，TVS二极管应该处于截止状态，即TVS的额定反向关断电压VRM应大于被保护电路的最高工作电压，但是我们有时候会发现在一些电路中TVS二极管所在线路的最大工作电压超过了TVS二极管的额定反向关断电压VRM，甚至超过了TVS二极管的击穿电压。TVS二极管允许这样去使用吗？接下来我们就分析一下。

Part 02

问题分析

下图是TVS二极管的电流-电压曲线，我们主要关注电压V大于0的正半周对应的I-V曲线，此时TVS二极管加载的是反向电压。

我们发现随着电压V的增加，反向电流I也逐渐增加，这个曲线我们重点关注两个点，一个是TVS的额定反向关断电压VRM，另一个是TVS二极管的击穿电压VBR。当电压V小于击穿电压VBR时，电流I随电压V的增加，对应的曲线斜率一直很平缓，当电压V大于击穿电压VBR时，电流I随电压V的增加，对应的曲线斜率突然就变得很陡峭。

那么如何理解额定反向关断电压VRM和击穿电压VBR呢？它们的本质是什么？

以SMBJ10A为例，型号命名SMBJ10A中的10指的就是VRM电压值，当环境温度为25℃时，VRM为0.2uA，换句话说，可以看出此时的电流I非常低，所以如果我们线路的最大工作电压小于10V的话，当环境温度为25℃时，TVS二极管的漏电流就不会超过0.2uA，对于模拟采样电路（比如工业4~20mA传感器）、有低功耗要求的电路就需要关注这个参数。

所以线路的最大工作电压超过VRM并不会损坏TVS二极管，顶多漏电流大一点，那超过VBR呢？

还是看上面的图片，当环境温度为25℃时，电流I为1mA时，VBR电压最小值为11.1V，最大值为11.7V，不知道你发现了没，在描述VBR时，我们先说的是电流I=1mA，再说的是VBR电压是11.1V~11.7V，但是在描述VRM时我们先说的是电压V=10V，再说的是电流I≤0.2uA，为什么会有这个差别呢？

原因就是所谓的击穿电压VBR其实就是人为定义的，怎么定义的呢？就是当TVS二极管两端的电流I达到1mA时对应的电压V的值，所以你发现有些TVS二极管的VBR是在电流I达到10mA时测出来的。为啥不是统一的1mA呢？以为对于VBR的测试规定的反向测试电流就是1-10mA之间，不同厂家会有区别，在此范围内就行。VBR本质就是TVS最小的雪崩电压，低于这个电压TVS是不会发生雪崩的，高于这个电压TVS会发生雪崩，雪崩就意味着TVS的电流会随着电压的少量增加而大量增加。

所以电路中被保护线路的正常工作电压高于TVS二极管的击穿电压会损坏TVS吗？答案是不一定，重点是看超过多少。

假定SMBJ10A的击穿电压VBR是11.1V，如果最大正常工作电压为11.2V，二极管会被损坏吗？此时电流会大于1mA，也许是2mA或者10mA，这么小的电流是不足以损坏TVS二极管的，但是如果最大正常工作电压超过11.1V太多，那可就难说了，因为电流增加的速度可非常快。我们基于P=V*I可以得出当电流增大到一定程度是的TVS二极管的功率P超过了最大限制，TVS二极管就会被损坏。

Part 03

总结

通过以上分析可知，线路的最大工作电压超过VRM并不会损坏TVS二极管，线路的正常工作电压高于TVS二极管的击穿电压会损坏TVS吗？答案是不一定。即便如此，我们需要考虑漏电流增大对于电路的影响，比如模拟采样电路（比如工业4~20mA传感器）或者是有低功耗要求的电路。

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