TVS二極管，作為一種先進(jìn)的電路保護(hù)器件，以其迅速的響應(yīng)時(shí)間和出色的浪涌吸收能力而備受青睞。這種

通過(guò)這種方式，TVS二極管能夠?qū)㈦妷后橹圃陬A(yù)定的安全水平上，有效保護(hù)電路中的其他元件不受瞬態(tài)高壓尖峰脈沖的損害。

一、 TVS器件的工作原理

TVS二極管的工作原理與常見(jiàn)的穩(wěn)壓二極管相似，但在擊穿電壓超過(guò)其標(biāo)稱值時(shí)，TVS二極管會(huì)導(dǎo)通，并展現(xiàn)出更高的電流導(dǎo)通能力。當(dāng)其兩端遭受反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，TVS二極管能以10^-12秒級(jí)的速度響應(yīng)，迅速轉(zhuǎn)變阻抗，并吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，從而確保兩極間的電壓被箝制在一個(gè)安全值，保護(hù)電子線路中的精密元器件不受浪涌脈沖的破壞。

TVS二極管的核心工作原理是在電路遭受瞬間過(guò)壓時(shí)，TVS器件能夠迅速降低其內(nèi)部阻抗，從而允許大量電流通過(guò)，并將電壓限制在一個(gè)安全的預(yù)定水平。在反向應(yīng)用條件下，當(dāng)TVS器件遭遇高能量的瞬時(shí)過(guò)壓脈沖時(shí)，其工作阻抗會(huì)立即降至非常低的水平，這一過(guò)程發(fā)生在極短的時(shí)間內(nèi)，箝位響應(yīng)時(shí)間可達(dá)到1ps（10^-12秒）。這種快速的響應(yīng)能力使得TVS器件能夠有效地吸收瞬時(shí)脈沖功率，其承受能力可達(dá)到上千瓦。

此外，TVS器件還能允許相當(dāng)大的正向浪涌電流通過(guò)，在特定條件下（如溫度T=25℃，時(shí)間T=10ms），這個(gè)電流值可以達(dá)到50至200安培。雙向TVS器件能在正反兩個(gè)方向吸收瞬時(shí)大脈沖功率，這使得它們特別適用于交流電路。相比之下，單向TVS器件通常用于直流電路。

二、TVS器件的電特性

1、單向TVS二極管的V-I特性表現(xiàn)為，在其正向特性上與普通穩(wěn)壓二極管相似，而在反向特性上，當(dāng)達(dá)到擊穿電壓時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)近似直角的硬擊穿現(xiàn)象，這是典型的PN結(jié)雪崩器件特征。當(dāng)電路遭受瞬時(shí)過(guò)壓脈沖時(shí)，單向TVS的電流會(huì)急劇增加，同時(shí)反向電壓會(huì)上升到箝位電壓值，并維持在這一水平，從而保護(hù)電路不受損害。

2、雙向TVS二極管的V-I特性則像是兩個(gè)單向TVS二極管背靠背組合而成。這意味著它在正反兩個(gè)方向上都具有相同的雪崩擊穿特性和箝位特性。雙向TVS的正反兩面擊穿電壓之間存在對(duì)稱關(guān)系，即正向擊穿電壓與反向擊穿電壓的比例在0.9到1.1之間。當(dāng)兩端施加的干擾電壓超過(guò)箝位電壓Vc時(shí)，雙向TVS能夠立即抑制這一電壓，使其保持在安全水平。這種特性使得雙向TVS非常適合用于交流電路的保護(hù)。

三、TVS器件的主要電性參數(shù)

1、擊穿電壓V(BR)：這是TVS二極管的一個(gè)重要參數(shù)，指的是在規(guī)定的試驗(yàn)電流I(BR)下，測(cè)得器件兩端的電壓。當(dāng)達(dá)到這個(gè)電壓時(shí)，TVS二極管會(huì)發(fā)生擊穿，從而轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥杩範(fàn)顟B(tài)，允許大電流通過(guò)。
2、最大反向脈沖峰值電流IPP：這個(gè)參數(shù)描述了在反向工作時(shí)，TVS二極管能夠承受的最大脈沖峰值電流。IPP與最大箝位電壓Vc(MAX)的乘積決定了TVS的瞬態(tài)脈沖功率最大值。正確選擇TVS，確保其額定瞬態(tài)脈沖功率PPR大于被保護(hù)器件或線路可能出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌功率，是至關(guān)重要的。
3、最大反向工作電壓VRWM：這是TVS二極管在反向工作時(shí)，在規(guī)定的IR下，器件兩端的電壓值。通常，VRWM的值在0.8到0.9倍的V(BR)之間。在這個(gè)電壓下，TVS二極管的功率消耗很小，使用時(shí)應(yīng)確保VRWM不低于被保護(hù)器件或線路的正常工作電壓。
4、最大箝位電壓Vc(max)：這是在脈沖峰值電流Ipp作用下，TVS兩端能達(dá)到的最大電壓值。這個(gè)參數(shù)對(duì)于保護(hù)電路中的元件免受過(guò)高電壓損害至關(guān)重要。
5、反向脈沖峰值功率PPR：這個(gè)參數(shù)取決于脈沖峰值電流IPP和最大箝位電壓Vc(max)，同時(shí)還受脈沖波形、脈沖時(shí)間及環(huán)境溫度的影響。PPR是衡量TVS保護(hù)能力的重要指標(biāo)。
6、電容CPP：TVS的電容由硅片的面積和偏置電壓決定。在零偏情況下，隨著偏置電壓的增加，電容值會(huì)下降。電容的大小直接影響TVS器件的響應(yīng)時(shí)間，因此在某些應(yīng)用中需要特別注意。
7、漏電流IR：當(dāng)最大反向工作電壓施加到TVS上時(shí)，TVS管會(huì)有一個(gè)漏電流IR。在高阻抗電路中，這個(gè)漏電流是一個(gè)重要的考慮因素，因?yàn)樗赡軙?huì)影響電路的整體性能。

四、TVS器件的分類

TVS二極管根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可以分為多種類型：

1、按極性分類：
單極性TVS二極管：僅在一個(gè)方向上提供保護(hù)，適用于直流電路。
雙極性TVS二極管：在正反兩個(gè)方向上都能提供保護(hù)，適用于交流電路。
2、按用途分類：
通用型TVS二極管：適用于多種電路保護(hù)場(chǎng)合。
專用型TVS二極管：為特定應(yīng)用或行業(yè)設(shè)計(jì)的TVS二極管，如用于汽車電子、醫(yī)療設(shè)備等。
3、按封裝和內(nèi)部結(jié)構(gòu)分類：
軸向引線二極管：傳統(tǒng)的封裝形式，峰值功率可達(dá)400W、500W、600W、1500W和5000W，適用于電源饋線等高功率應(yīng)用。
雙列直插TVS陣列：適用于多通道保護(hù)，方便安裝在印刷電路板上。
貼片式TVS二極管：表面貼裝技術(shù)（SMT）封裝，適用于高密度安裝場(chǎng)合，如便攜式設(shè)備。
大功率模塊：專門設(shè)計(jì)用于高功率應(yīng)用，如電源保護(hù)。

不同類型的TVS二極管適用于不同的電路保護(hù)需求，選擇合適的TVS二極管對(duì)于確保電路的穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。

五、TVS器件的選型原則

在選擇TVS二極管時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵因素以確保電路的有效保護(hù)：

1、極性選擇：如果電路可能遭受來(lái)自兩個(gè)方向的尖峰脈沖電壓（浪涌電壓）沖擊，應(yīng)選擇雙極性TVS二極管。否則，可以選擇單極性TVS二極管。
2、箝位電壓Vc：所選TVS的Vc值應(yīng)低于被保護(hù)元件的最高電壓。Vc是二極管在截止?fàn)顟B(tài)的電壓，即ESD沖擊狀態(tài)時(shí)通過(guò)TVS的電壓。這個(gè)電壓不能超過(guò)被保護(hù)回路的可承受極限電壓，以避免損壞器件。正常工作狀態(tài)：TVS在正常工作狀態(tài)下不應(yīng)處于擊穿狀態(tài)，最好處于最大反向工作電壓VR以下。選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮VR和VC兩方面的要求。
3、峰值脈沖功耗PPR：如果已知精確的浪涌電流IPP，可以利用Vc和Ipp來(lái)確定功率。如果無(wú)法確定IPP的范圍，應(yīng)選擇功率較大的TVS。PPR是TVS能承受的最大峰值脈沖功率耗散值。在給定的最大箝位電壓下，功耗PM越大，其浪涌電流的承受能力越大。
4、脈沖重復(fù)頻率：TVS所能承受的瞬態(tài)脈沖是不重復(fù)的，其規(guī)定的脈沖重復(fù)頻率為0.01%。如果電路內(nèi)出現(xiàn)重復(fù)性脈沖，應(yīng)考慮脈沖功率的累積，以免損壞TVS。
5、限流電阻：對(duì)于小電流負(fù)載的保護(hù)，可以在電路中增加限流電阻，以減小干擾電流，從而可能選擇峰值功率較小的TVS進(jìn)行保護(hù)。
6、電容量C：TVS的電容量由其雪崩結(jié)截面決定，在特定頻率（如1 MHz）下測(cè)得。C的大小與TVS的電流承受能力成正比，但過(guò)大的電容會(huì)使信號(hào)衰減。因此，在數(shù)據(jù)接口電路中，需要根據(jù)回路的特性來(lái)選擇合適的電容范圍。
7、IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)：TVS二極管必須能夠處理至少8 KV（MB，接觸）和15 kV（BM，空氣）的ESD沖擊，以滿足IEC61000-4-2國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于有特殊要求的便攜設(shè)備應(yīng)用，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)需要選擇更高標(biāo)準(zhǔn)的器件。