一、TVS二极管工作原理

TVS (Transient Voltage Suppressors) 二极管，即瞬态电压抑制器，又称雪崩击穿二极管，是采用半导体工艺制成的单个PN结或多个PN结集成的器件。TVS二极管有单向与双向之分，单向TVS二极管一般应用于直流供电电路，双向TVS二极管应用于电压交变的 电路。当应用于直流电路时，单向TVS二极管反向并联于电路中，当电路正常工作时，TVS二极管处于截止状态(高阻态) ，不影响电路正常工作。

当电路出现异常过电压并达到TVS二极管击穿电压时，TVS二极管迅速由高电阻状态突变为低电阻状态，泄放由异常过电压导致的瞬时过电流到地，同时把异常过电压钳制在较低的水平，从而保护后级电路免遭异常过电压的损坏。当异常过电压消失后，TVS二极管阻值又恢复为高阻态。

二、TVS二极管特性特点

采用半导体工艺制成，具有很高的可靠性，无损坏极限

瞬态功率大，低电容、低漏电流，籍位电压易控制

电压精度高，在特殊应用场合，通过工艺或参数筛选可达到更高的精度

在10/1000μs波形下瞬态功率可达200W-30000W，甚至更高

封装形式多样化

贴片封装: SOD-123SMA /DO-214AC、SMB/DO-214AA、SMC/DO214AB、DO-218AB等

直插封装: DO-41、DO15、DO-201、R/P-600等

三、TVS二极管参数详解

VRWM: 截止电压， TVS二极管的最高工作电压，可连续施加而不引起TVS二极管劣化或损坏状态下，达到的最大的直流电压或交流峰值电压。在VRWM下，TVS二极管是不工作的，不导通。

VC: 钳位电压，施加规定波形的峰值脉冲电流IPP时，TVS二极管两端测得的峰值电压。

VBR: 击穿电压，是TVS管的最小雪崩电压。指在V-I特性曲线上，在规定的脉冲直流电流IT或接近发生雪崩的电流条件下测得TVS两端的电压

IR: 漏电流，亦称待机电流。在规定温度和最高工作电压条件下，流过TVS二极管的最大电流，其值是在截止电压下测量的。

C: 电容值，对于同功率等级的TVS管而言电压越低电容值就越大。在通信线路的防护中，尤其要注意TVS管的电容值。

封装形式: 从TVS管的封装形式，可以看出其功率大小。TVS管的芯片面积直接决定其功率等级

四、TVS二极管的应用

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。

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。

通过限压器将大的浪涌电流注入到地引起PCB地的反弹，表现为连接电感的一个函数。

在许多情况下，在TVS器件之前增加一些串联电阻有助于限制电流浪涌，并减少地线反弹。

五、TVS二极管选型指南

要确定被保护电路中的最大直流或连续工作电压，电路的额定标准电压和“高端”容限

TVS管的额定瞬态功率要大于电路中可能出现的最大瞬态浪涌功率

TVS管的截止电压要大于被保护电路的最高工作电压

TVS管的最大钳位电压要小于后级被保护电路中的损坏电压

确定好TVS管最大位电压后，其峰值脉冲电流要大于瞬态浪涌电流

对于数据接口的电路保护，还需注意选取具有合适电容的TVS二极管。比如: 当信号频率或传输速率较高时，应选用低电容系列的TVS管

六、选TVS二极管的步骤

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的最大钳位电压（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。

七、TVS二极管选型注意事项

规格书手册给的只是特定脉宽下的吸收功率峰值，而实际电路中的脉冲宽度是变化不定，心里要有个数，对宽脉冲要降额应用

对于小电流负载电路的保护，要有意识地增加限流电阻

要注意TVS二极管的稳态平均功率是否在安全范围之中

要考虑温度变化，正常而言，瞬态抑制二极管在-55°C到150°C之间工作，电路中温度比较高的情况下要降额应用

TVS瞬态抑制二极管的引线长短，要与被保护线路相对。

针对数据接口或通信线路中的防护，要尽可能选取电容值比较小的TVS二极管

直流保护电路大多选单向TVS管，交流保护电路大多选双向TVS管、多路保护电路选TVS阵列器件，大功率保护电路选专用保护模块。

在使用TVS管过程中，考虑到TVS的离散性，尽量减少串/并数量。