TVS瞬态抑制二极管在电路中的应用

概述瞬态电压抑制二极管TVS(Transient Voltage Suppressor)，是一种具有双向稳压特性和双向负阻特性的过压保护器件，类似于压敏电阻器。它应用于各种交流及直流电源电路中，用来抑制瞬间过电压。当被保护电路瞬间出现浪涌脉冲电压时，双向击穿二极管能迅速齐纳击穿，由高阻状态变为低阻状态，对浪涌电压进行分流和箝位，从而保护电路中各元件不被瞬间浪涌脉冲电压损坏。

响应速度特别快(为ps级);耐浪涌冲击能力较放电管和压敏电阻差，其10/1000μs波脉冲功率从 400W～30KW，脉冲峰值电流从0.52A～544A;击穿电压有从6.8V～550V的系列值，便于各种不同电压的电路使用。它的封装形式有轴向引线型与贴片型两大类。贴片型有：SMAJ(400W)、SMBJ(600W)、SMCJ(1.5kW)、SMDJ(3kW)系列，轴向引线型有：P4KE (400W)、SA(500W)、P6KE(600W)、1.5KE(1.5kW)、3KP(3kW)、5KP(5kW)、15KPA(15kW)、 20KPA(20kW)、30KPA(30kW)系列和低电容的SAC(500W，50 pF)、LCE(1.5kW，100pF)系列。此外，还有BZW04(400W)系列玻璃钝化结TVS管。

在使用TVS二极管防esd静电时，因为TVS二极管的参数对电路有一定的影响所以选择的时候应该注意参数要求，消费电子和便携消费电子设备，电脑中的视频线路、USB接口等容易受到ESD的影响。

由于电路中的很多元件不能够提供有效的esd静电保护。TVS二极管正是为解决静电问题的，它用于吸收esd能量并且保护系统免遭esd损害。因为tvs在电路板上的布局很重要，所以TVS布局前的导线应尽可能的减到最短，因为快速脉冲可能产生导致TVS保护能力下降的额外电压。

常见的视频线路保护，视频输出端口一般有DVI和D-TERMINAL等等。视频数据线需要具备高数据传输效率，有些数据传输率要在1G以上。所以TVS二极管低电容的和TVS二极管串联，使整条线路的结电容降到最低标准，以此来达到高效传输。比如ASIMESD5D003TA结电容非常低，完全适用于所有高速通讯线路的保护。

用于不同端口和线路选择TVS二极管时，要避免使器件工作在其设计参数极限附近，还应根据被保护回路的特征及可能承受esd冲击的特征选用反应速度快、敏感度足够高的器件，这可以最大的发挥保护器件作用，另外可以考虑选用带有其它保护功能的器件也。

选用TVS的步骤

1)确定待保护电路的直流电压或持续工作电压。如果是交流电，应计算出最大值，即有效值的1.414倍。

2)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。

3)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。

4)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，建议Vbr≥1.2*工作电压。

5)单极性还是双极性----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，那么单向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。

6)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概范围，一般来说，选择功率大一些比较好。

TVS管的应用

1)TVS管与ESD保护管

TVS瞬态电压抑制，电子器件遭受直接或者是间接的雷击，静电放电等因素导致的浪涌，电压从几伏到几千伏不等。ESD静电放电保护就是对器件静电的防护。

TVS二极管和ESD二极管相比较，两者的原理一样，但是根据功率和封装来分就不一样。ESD主要是用来防静电，防静电要求电容值低，一般是在1pF～3.5pF之间最好，但是TVS就做不到这点，因为TVS的电容值比较高。

它们的应用场合也不同，TVS一般用于初级和次级的保护，而ESD主要用于板级的保护，选择TVS时一般看器件的封装还有功率。ESD器件一般看中ESD防护等级和ICE6100-4-2的水平。

2)静电放电防护

防止过压损坏的最佳保护措施是用非线性电路进行限压或钳位，最常用的是专门的二极管(比如TVS管)，当它们在前向偏置或处于齐纳击穿区时具有很低的阻抗。引入限压器可以快速引起某些别的事件，因为通过电容放电会有大的浪涌电流经过限压器。

虽然消除了高瞬态电压，但代之以几个安培的浪涌电流可能会导致系统中出现其它问题。具体取决于随后路径的总阻抗，浪涌电流可以达到几个安培。在为芯片设计I/O单元时，经常看到4A～16A的浪涌电流进入器件。处理如此巨大的瞬态浪涌电流已经成为ESD设计中的大问题。限制电压还算比较容易，但形成的电流可能使系统中其它地方的电路和地发生逆转。

被限压器强制导入地的电流将在系统的那个节点中产生感应性振铃现象。电源通常沿着地线传播，并且是电源去耦电容的函数，因此系统核心仍能正常工作。不过连到电路板上的控制线可能出现混乱，因为它们是相对板外的地而建立的。结果可能在某个位置发生ESD事件，并致使电路板上的某个输入端看起来出现故障。瞬态抑制二极管(Transient Voltage Suppression Diode，简称TVS)是一种用于抑制瞬态电压波动的保护器件。它主要用于保护电路不受过电压、过电流等瞬态事件的影响。

TVS的工作原理基于搭建一个快速响应的通路，以吸收和调节过电压的能量。它由一个PN结构组成，通常使用硅材料制造。TVS具有较高的击穿电压和响应速度，可在纳秒级别内响应瞬态电压。

在正常工作情况下，TVS处于高阻态，仅有很小的泄漏电流。当电路中出现过电压时，TVS会迅速变为低阻态，形成一个通路，将过电压波形上的能量引导到地或其他合适的地方，以保护其他电路设备免受损坏。

TVS的击穿电压一般设定在需保护的电路设备可承受的最大电压范围之内。当输入电压超过这个击穿电压时，TVS会快速响应并开始导通，将电压限制在设定的范围内。这样可以有效地保护电路设备不受过大的电压冲击。

推荐使用一个限流电阻®与TVS并联连接?。这个限流电阻的作用是限制流经TVS的电流，以确保TVS的额定工作电流范围内。

当输入电压过大时，TVS会快速变为低阻态，将过电压波形的能量引导到地，保护电路或设备。同时，限流电阻可限制过大的电流流经TVS，确保TVS的工作稳定性。

总之，TVS通过将过电压波形的能量引导到地或其他合适的地方，起到抑制或限制电压的作用，保护电路设备免受过电压的损害。它是一种常用的电子元件，广泛应用于各种电路保护和浪涌抑制方面。