一篇文章講透TVS瞬態電壓抑制二極管

今天我們來講一下電子設計中很常用的、筆者幾乎做的每一塊電路板上都有使用的一種基礎電子元器件—TVS瞬態電壓抑制二極管。（根據經驗整理撰寫，希望對大家有所幫助）

什麼是TVS

瞬態電壓抑制器(Transient Voltage Suppressor)簡稱TVS，是一種二極管形式的高效能保護器件。當TVS二極管的兩極受到反向瞬態高能量脈衝衝擊時，它能以皮秒(pS)量級的速度，將其兩極間的高阻抗變為低阻抗，吸收高達數千瓦的浪湧功率，使兩極間的電壓鉗位於一個預定值，免受各種浪湧脈衝的衝擊，有效地保護電子線路中的元器件。

貼片TVS二極管

TVS的特性

TVS二極管是在穩壓二極管的基礎上發展而來的，是一種二極管形式的新型高效能保護器件。TVS通常採用二極管式的軸向引線封裝結構，TVS的核心單元主要材料為半導體硅片或硒片，有單極型和雙極型兩種結構，單極型TVS有一個PN結，雙極型TVS有兩個PN結。TVS的PN結經玻璃純化保護由引線引出，再經改性環氧樹脂封裝製成。

TVS特性曲線

由上圖左側曲線可以看出，當TVS二極管兩端的反向電壓增加到Vb(擊穿電壓)時阻抗驟然降低，會通過大電流，並將電壓鉗位到Vb。單看左側曲線，TVS管和普通穩壓管的擊穿特性基本一致，是典型的利用PN結雪崩效應的器件。

其實不然，左側曲線只反映了TVS特性的一部分，必須補充右邊所示的特性曲線才能反應TVS二極管的全部特性。右側黑色曲線為TVS受到的大電流脈衝曲線，電流由很小的值突然上升到峰值電流，然後再緩慢下降。是雷擊等高壓的衝擊所致。右側紅色曲線為TVS二極管兩端電壓變化曲線，當電流突然上升時，TVS兩端電壓也隨之上升，但最高只到Vc，這個值就是最大鉗位電壓，比擊穿電壓Vb略大，從而對後面的元器件起到了保護作用。

TVS的應用

靜電放電效應能釋放超過1000V、10A以上的脈衝，並能持續10ms；而一般的TTL器件，遇到超過30ms的10V脈衝時，便可能會損壞。將TVS二極管加在信號及電源線上，能防止微處理器及電路板上其他IC免受瞬間的脈衝衝擊，如靜電放電效應、交流電源的浪湧及開關電源的噪音等。

TVS基礎應用電路

TVS目前已廣泛應用於計算機系統、通訊設備、交/ 直流電源、汽車電子、電子鎮流器、家用電器、工業儀器儀表、RS232/422/423/485、I/O口、CAN、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、3G、4G、數字照相機的保護、共模/差模保護、聲頻/視頻輸入、傳感器/變送器、工控迴路、繼電器、接觸器噪音的抑制等各個領域。

TVS選用技巧

1、確定待保護電路的直流電壓或持續工作電壓。如果是交流電，應計算出最大值，即用有效值乘以1.414。

2、TVS的反向截止電壓(VRWM)即工作電壓，所選TVS的VRWM應大於上述步驟1所規定的操作電壓。這就保證了在正常工作條件下，TVS吸收的電流可忽略不計。如果步驟1所規定的電壓高於TVS的VRWM，TVS將吸收大量的漏電流而處於雪崩擊穿狀態，從而影響電路的工作增加功耗。

3、根據干擾脈衝的功率、波形和脈衝持續時間，來確定TVS峰值脈衝電流、功率。

4、所選TVS的最大鉗位電壓(VC)應低於被保護電路所允許的最大承受電壓。

5、單極性還是雙極性：常常會出現這樣的誤解，即雙向TVS用來抑制反向浪湧脈衝，其實並非如此。雙向TVS是用於交流電或來自正負雙向脈衝的場合。如果電路只有正向電平信號，那麼單向TVS就足夠了。

6、如果無法確定浪湧脈衝功率的大概範圍，一般來說，選擇功率大一些的TVS比較好。

TVS的幾個重要參數

反向截止電壓(VRWM)：TVS二極管不導通的最高電壓。這個電壓下的電流稱為反向漏電流IR。

擊穿電壓(VBR)：TVS在此電壓時阻抗驟減至導通，處於雪崩擊穿狀態。

測試電流(IT)：測試電流，用來規定TVS的反向擊穿電壓(VBR)，一般取1mA或10mA。

最大反向漏電流(IR)：在工作電壓下測得的TVS最大漏電流。

脈衝峰值電流(IPP)：TVS所能承受的最大電流，超過這個電流TVS就可能會損壞。

最大鉗位電壓(VC)：當TVS承受瞬態高能量脈衝衝擊時，流過大電流，所能承受的峰值為IPP，兩端電壓由VRWM值上升到VC值就不再上升，從而實現保護作用。

TVS選型參數