TVS二極管，作為一種先進的電路保護器件，以其迅速的響應時間和出色的浪涌吸收能力而備受青睞。這種

通過這種方式，TVS二極管能夠將電壓箝制在預定的安全水平上，有效保護電路中的其他元件不受瞬態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的穩壓二極管相似，但在擊穿電壓超過其標稱值時，TVS二極管會導通，并展現出更高的電流導通能力。當其兩端遭受反向瞬態高能量沖擊時，TVS二極管能以10^-12秒級的速度響應，迅速轉變阻抗，并吸收高達數千瓦的浪涌功率，從而確保兩極間的電壓被箝制在一個安全值，保護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壓時，TVS器件能夠迅速降低其內部阻抗，從而允許大量電流通過，并將電壓限制在一個安全的預定水平。在反向應用條件下，當TVS器件遭遇高能量的瞬時過壓脈沖時，其工作阻抗會立即降至非常低的水平，這一過程發生在極短的時間內，箝位響應時間可達到1ps（10^-12秒）。這種快速的響應能力使得TVS器件能夠有效地吸收瞬時脈沖功率，其承受能力可達到上千瓦。

此外，TVS器件還能允許相當大的正向浪涌電流通過，在特定條件下（如溫度T=25℃，時間T=10ms），這個電流值可以達到50至200安培。雙向TVS器件能在正反兩個方向吸收瞬時大脈沖功率，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特性表現為，在其正向特性上與普通穩壓二極管相似，而在反向特性上，當達到擊穿電壓時，會出現一個近似直角的硬擊穿現象，這是典型的PN結雪崩器件特征。當電路遭受瞬時過壓脈沖時，單向TVS的電流會急劇增加，同時反向電壓會上升到箝位電壓值，并維持在這一水平，從而保護電路不受損害。

2、雙向TVS二極管的V-I特性則像是兩個單向TVS二極管背靠背組合而成。這意味著它在正反兩個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稱關系，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。當兩端施加的干擾電壓超過箝位電壓Vc時，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。

三、TVS器件的主要電性參數

1、擊穿電壓V(BR)：這是TVS二極管的一個重要參數，指的是在規定的試驗電流I(BR)下，測得器件兩端的電壓。當達到這個電壓時，TVS二極管會發生擊穿，從而轉變為低阻抗狀態，允許大電流通過。
2、最大反向脈沖峰值電流IPP：這個參數描述了在反向工作時，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的瞬態脈沖功率最大值。正確選擇TVS，確保其額定瞬態脈沖功率PPR大于被保護器件或線路可能出現的最大瞬態浪涌功率，是至關重要的。
3、最大反向工作電壓VRWM：這是TVS二極管在反向工作時，在規定的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。在這個電壓下，TVS二極管的功率消耗很小，使用時應確保VRWM不低于被保護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兩端能達到的最大電壓值。這個參數對于保護電路中的元件免受過高電壓損害至關重要。
5、反向脈沖峰值功率PPR：這個參數取決于脈沖峰值電流IPP和最大箝位電壓Vc(max)，同時還受脈沖波形、脈沖時間及環境溫度的影響。PPR是衡量TVS保護能力的重要指標。
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，電容值會下降。電容的大小直接影響TVS器件的響應時間，因此在某些應用中需要特別注意。
7、漏電流IR：當最大反向工作電壓施加到TVS上時，TVS管會有一個漏電流IR。在高阻抗電路中，這個漏電流是一個重要的考慮因素，因為它可能會影響電路的整體性能。

四、TVS器件的分類

TVS二極管根據不同的分類標準，可以分為多種類型：

1、按極性分類：
單極性TVS二極管：僅在一個方向上提供保護，適用于直流電路。
雙極性TVS二極管：在正反兩個方向上都能提供保護，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場合。
專用型TVS二極管：為特定應用或行業設計的TVS二極管，如用于汽車電子、醫療設備等。
3、按封裝和內部結構分類：
軸向引線二極管：傳統的封裝形式，峰值功率可達400W、500W、600W、1500W和5000W，適用于電源饋線等高功率應用。
雙列直插TVS陣列：適用于多通道保護，方便安裝在印刷電路板上。
貼片式TVS二極管：表面貼裝技術（SMT）封裝，適用于高密度安裝場合，如便攜式設備。
大功率模塊：專門設計用于高功率應用，如電源保護。

不同類型的TVS二極管適用于不同的電路保護需求，選擇合適的TVS二極管對于確保電路的穩定性和安全性至關重要。

五、TVS器件的選型原則

在選擇TVS二極管時，需要考慮以下幾個關鍵因素以確保電路的有效保護：

1、極性選擇：如果電路可能遭受來自兩個方向的尖峰脈沖電壓（浪涌電壓）沖擊，應選擇雙極性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值應低于被保護元件的最高電壓。Vc是二極管在截止狀態的電壓，即ESD沖擊狀態時通過TVS的電壓。這個電壓不能超過被保護回路的可承受極限電壓，以避免損壞器件。正常工作狀態：TVS在正常工作狀態下不應處于擊穿狀態，最好處于最大反向工作電壓VR以下。選擇時應綜合考慮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來確定功率。如果無法確定IPP的范圍，應選擇功率較大的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、脈沖重復頻率：TVS所能承受的瞬態脈沖是不重復的，其規定的脈沖重復頻率為0.01%。如果電路內出現重復性脈沖，應考慮脈沖功率的累積，以免損壞TVS。
5、限流電阻：對于小電流負載的保護，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進行保護。
6、電容量C：TVS的電容量由其雪崩結截面決定，在特定頻率（如1 MHz）下測得。C的大小與TVS的電流承受能力成正比，但過大的電容會使信號衰減。因此，在數據接口電路中，需要根據回路的特性來選擇合適的電容范圍。
7、IEC61000-4-2標準：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國際標準。對于有特殊要求的便攜設備應用，設計者可以根據需要選擇更高標準的器件。