我们在保护传输线、数据线或因雷击、感应式负载开关及ESD引起的线路过压保护中经常用到TVS 二极管。你真的了解TVS二极管吗，还是对它一知半解？TVS和硅保护阵列、二极管阵列等其他二极管技术有哪些区别？如果你曾关注TVS的选型指南，那你不妨看看这篇博文。

TVS二极管介绍

TVS二极管是一种专门设计来保护电子电路免受瞬态电压尖峰影响的保护元件。它们在电路中提供了一种快速且可靠的过电压保护方案，尤其在电源线、数据线和信号线中常见，用于防止由于雷击、开关操作、静电放电（ESD）或其他电磁干扰（EMI）造成的电压浪涌。

符号

工作原理

TVS二极管的工作原理基于其独特的反向击穿特性。在正常工作条件下，TVS二极管呈现高阻抗状态，几乎不影响电路的正常运行。然而，当电路两端的电压超过TVS二极管的击穿电压时，TVS二极管会迅速从高阻抗状态转变为低阻抗状态，允许大量电流通过自身，从而将电压箝位在预先设定的水平。这一过程发生在纳秒甚至皮秒级别，确保了快速响应，有效保护了后端的敏感电子组件。

类型

TVS二极管可以分为单向和双向两种：

• 单向TVS：通常用于直流电路中，它们只在反向电压超过阈值时才激活。

• 双向TVS：适用于交流电路，因为它们可以在正向和反向电压尖峰下都提供保护。

特性

• 响应时间快：TVS二极管能在纳秒甚至皮秒级的时间内响应电压突变，迅速将电压钳位在一个安全水平。

• 双向和单向类型：TVS二极管有单向和双向两种类型，分别用于保护正向和反向的电压浪涌。

• 钳位电压：这是TVS二极管开始导通并限制电压上升的最大电压值。

• 峰值脉冲功率耗散能力：TVS二极管能承受的瞬间高能量脉冲功率。

• 低漏电流：在正常工作电压下，TVS二极管具有非常低的漏电流，几乎不消耗电路中的能量。

• 工作温度范围宽：TVS二极管通常具有较宽的工作温度范围，适用于各种环境条件。

• 可重复性：TVS二极管可以多次经历瞬态事件而不会显著影响其性能。

• 封装形式多样：为了适应不同的应用需求，TVS二极管有多种封装形式，包括SMD（表面贴装）和引线型等。

应用

• 电源供应器

• 数据和通信接口（如USB、HDMI、RS-232等）

• 汽车电子系统

• 家用电器

• 计算机和外围设备

• 电信和网络设备

封装

TVS二极管有多种封装形式，包括轴向引线型、径向引线型、SMD（表面贴装）和更小型化的芯片级封装，以适应不同电路板的设计和空间限制。

TVS 二极管的选型

最大箝位电压 VC 要小于电路允许的最大安全电压；截止电压 VRWM 大于电路的最大工作电压， 一般可以选择VRWM 等于或者略大于电 路的最大正常工作电压；额定的最大脉冲功率（TVS 参数中给出） PM 要大于最大瞬态浪涌功率；TVS 管使用时一般并联在被保护电路上；为了限制流过 TVS 管的电流不超过管子允许通过的峰值电流 IPP，应在线路串联加限流元件，如电阻、自恢复保险丝、电感等。

选用 TVS 步骤如下：

 确定待保护电路的直流电压或持续工作电压。——>TVS 的反向变位电压即工作电压（VRWM）--选择 TVS 的 VRWM 等于或大于上述步骤 1 所规定 的操作电压。这就保证了在正常工作条件下 TVS 吸收的电流可忽略不计，如果步骤 1 所规定的电压高于 TVS 的 VRWM ，TVS 将吸收大量的漏电流而处于雪崩击穿状态，从而影响 电路的工作。——> 最大峰值脉冲功率：确定电路的干扰脉冲情况，根据干扰脉冲的波形、脉冲持续时间， 确定能够有效抑制该干扰的 TVS 峰值脉冲功率。——> 所选 TVS 的最大箝位电压（VC）应低于被保护电路所允许的最大承受电压。——> 单极性还是双极性—常常会出现这样的误解即双向 TVS 用来抑制反向浪涌脉冲，其实并 非如此。双向 TVS 用于交流电或来自正负双向脉冲的场合。TVS 有时也用于减少电容。如果电路只有正向电平信号，那麽单向 TVS 就足够了。TVS 操作方式如下：正向浪涌时，TVS 处于反向雪崩击穿状态；反向浪涌时，TVS 类似正向偏置二极管一样导通并吸收浪 涌能量。在低电容电路里情况就不是这样了。应选用双向 TVS 以保护电路中的低电容器 件免受反向浪涌的损害。——>如果知道比较准确的浪涌电流 IPP，那么可以利用 VC 来确定其功率，如果无法确定功率 的大概范围，一般来说，选择功率大一些比较好。

①　确定被保护电路的最大直流工作电压或连续工作电压、电路的额定标准电压和“高端”容限；
②　TVS额定反向关断电压VFM应大于或等于被保护电路的最大工作电压。若选用的VFM太低，器件可能进入雪崩或因反向漏电流太大影响电路的正常工作。TVS串联连接可以提高TVS的总额定反向关断电压；
③　TVS的最大箝位电压VC应小于被保护电路的损坏电压；
④　在规定的脉冲持续时间内，TVS的最大峰值脉冲功耗PM必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。在确定了最大箝位电压后，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流；
⑤　对于数据接口电路的保护，还必须注意选取具有合适结电容Cj的TVS器件；
⑥　根据用途选用TVS的极性及封装结构。交流电路选用双极性TVS较为合理；多线保护选用TVS阵列更为有利；
⑦　温度考虑。瞬态电压抑制器TVS可以在－55℃~+150℃之间工作。如果需要TVS在一个变化的温度环境下工作，由于其反向漏电流ID是随工作温度的增加而增大，功耗随TVS结温的增加而下降，因此，使用时须考虑温度变化对其工作特性的影响。

TVS 二极管和肖特基二极管、齐纳二极管的结构对比

装置结构比较：肖特基二极管由金属半导体结构成。它通过多数载流子输送电荷，并快速响应处理，具有较低的电流泄漏和正向偏置电压 (VF)。肖特基二极管主要用于高频电路中。

齐纳二极管由重掺杂 P-N 半导体结构成。有两种物理效应，可称为齐纳状态（齐纳效应和雪崩效应）。当 P-N 结两端施加低反向电压因量子效应导通时，出现齐纳效应。当 PN 结两端施加 5.5 伏以上反向电压生成电子空穴对与晶格碰撞时，出现雪崩效应。基于齐纳效应的齐纳二极管广泛用作电路中的电压基准源。

TVS 二极管由专为过压保护设计的 P-N 半导体结构成。P-N 结通常敷有涂层，用来保护非导通状态中的过早电压电弧。出现瞬态电压事件时，TVS 二极管因雪崩效应导通以钳固瞬态电压。TVS 二极管广泛用作远程通信、通用电子和数字消费类产品市场中的过电压电路保护装置，保护其免受雷电、ESD 和其他瞬态电压的危害。

SPA 代表Silicon Protection Arrays（硅保护阵列）。它是一个将 PN 结、SCR 或其他硅保护结构集成封装在一个多针结构中的阵列。SPA 可在具有多重保护机会的远程通信、通用电子和数字消费类产品市场中用作 ESD、雷电和 EFT 保护的集成解决方案。例如，它可用于 HDMI、USB 和以太网端口 ESD 保护。