一、TVS二极管的工作原理
TVS，即瞬态电压抑制二极管，也被称为雪崩击穿二极管。这种二极管分为单向和双向两种类型，其中单向TVS常用于直流电路，而双向TVS则适用于交流电路。在电路中，TVS以反向并联的方式存在。在正常工作情况下，TVS处于截止状态（即高阻态），不会干扰电路的正常运行。然而，一旦电路中出现异常过电压并达到其击穿电压，TVS会迅速从高阻态转变为低阻态，将由异常过电压产生的瞬时过电流导向地线。同时，它还能将异常过电压控制在后级电路可承受的安全范围内，从而有效地保护后级电路免受异常过电压的损害。当异常过电压消失后，TVS的阻值会恢复至高阻态。
TVS的伏安特性曲线及关键参数详解如图2所示，双向TVS的伏安特性曲线在第一象限与第三象限呈现相反但相似的特性，如图3所示。当TVS处于反向偏置状态时，它表现出两种工作模式：待机（高阻抗）和钳制（相对低阻抗），如图2第三象限所示。在待机状态下，流过TVS的电流被称为待机电流（IR）或漏电流，其大小会随TVS的结温而变化。
在TVS的伏安特性曲线上，从高阻抗（待机）到低阻抗（钳位）的转变标志着雪崩击穿的开始。一旦TVS完全雪崩击穿，它会迅速将高电压转化为流经其内部的大电流，同时维持PN结两端的低钳位电压。
二、TVS的特点
TVS作为一种过压保护器件，具有以下显著特点：
- 半导体硅材料与先进工艺：TVS的内部芯片采用高可靠性的半导体硅材料，经过精湛的半导体工艺制造而成。
- 低动态内阻与钳位电压：TVS展现出优异的低动态内阻特性，同时其钳位电压也相对较低，有效保护电路免受过高电压的损害。
- 快速响应速度：与其他过压保护器件相比，TVS的响应速度显著更快，能够迅速应对瞬态过压情况。
- 高电压精度：TVS的电压精度通常控制在±5%以内，特殊应用场合下，通过工艺优化或参数筛选，甚至可以达到更高的精度。
- 多样化封装形式：TVS提供了多种封装选择，包括贴片封装如SOD-123FL、SMA等，以及插件封装如DO-41、DO-15等，满足不同的安装需求。
- 强大瞬态功率与脉冲电流能力：在10/1000μs波形下，TVS的瞬态功率可达200W至30KW甚至更高；而在8/20μs波形下，其瞬态峰值脉冲电流可达到3KA、6KA、10KA等不同等级。
- 宽范围的工作电压：TVS的工作电压范围非常广泛，可从5V一直延伸到600V甚至更高，适应不同的电路保护需求。
三、TVS参数详解
TVS的参数包括VRWM（截止电压）、IR（漏电流）、VBR（击穿电压）等，这些参数对于了解TVS的性能至关重要。
VRWM，即最高工作电压，是TVS能够连续施加而不引起劣化或损坏的最大峰值电压或直流峰值电压。在VRWM以下，TVS被视为不工作或非导通状态。
IR，作为漏电流或待机电流，是指在规定温度和最高工作电压条件下流过TVS的最大电流。通常，TVS的漏电流在截止电压下进行测量，并且对于特定型号的TVS，IR应保持在规定范围内。
VBR，即击穿电压，是在V-I特性曲线上，当施加规定的脉冲直流电流或接近雪崩电流时，TVS两端的电压值。对于低压TVS，由于漏电流较大，测试时选取的IT也相对较大。在VBR测试中，使用脉冲恒流源对TVS施加IT大小的电流，并读取TVS两端的电压即为击穿电压。需要注意的是，电流施加时间不应超过400ms，以避免TVS因受热而损坏。此外，VBRMIN.和VBRMAX.表示TVS击穿电压的偏差范围，通常为±5%。在测量时，只要VBR落在VBRMIN.和VBRMAX.之间，即可视为合格品。
IPP，即峰值脉冲电流，是指给定脉冲电流波形的峰值。在TVS的参数中，它通常与10/1000μs电流波形相关（如图6所示）。而VC，即钳位电压，则是在施加规定波形的峰值脉冲电流IPP时，TVS两端测得的峰值电压。IPP和VC是衡量TVS在电路保护中抵抗浪涌脉冲电流及限制电压能力的重要参数，这两个参数之间存在紧密的联系。特别地，对于TVS在防雷保护电路中的钳位特性，VC参数提供了有价值的参考。在同一型号的TVS中，若在相同的IPP下VC越小，则说明该TVS的钳位特性更为出色。同时，同型号TVS的IPP越大，其耐脉冲电流冲击的能力也就越强。
图7展示了TVS峰值脉冲电流（IPP）与钳位电压（VC）的测量试验回路。在进行测量时，必须充分考虑TVS的散热情况，确保两次测试之间的时间间隔足够长，从而避免对TVS造成不必要的损坏。
在TVS的测量方面，图7所示的电路仅揭示了其基本原理。实际上，市场上存在着多种TVS电性检测仪器，例如晶体管图示仪、TVS检测仪，以及浪涌发生器和TVS逆向功率测试仪等。这些仪器能够更全面地评估TVS的性能。
四、TVS选型时的关键考量因素
在TVS的选型过程中，需要注意多个关键因素。首先，要确保所选TVS的电压范围能够覆盖实际应用的电压需求，以防止过压或欠压导致的设备损坏。其次，响应速度也是一个重要的考量指标，它直接影响到TVS对瞬态电压的响应能力。此外，TVS的钳位电压和峰值脉冲电流等参数也必须仔细评估，以确保其在实际应用中的性能稳定可靠。最后，选型时还需综合考虑成本、体积和安装方式等因素，以找到最适合实际应用的TVS解决方案。
1、最高工作电压Vrwm
在电路正常工作时，TVS应处于截止状态，不参与电路工作。因此，TVS管的截止电压必须高于线路上的最高工作电压，以确保其不会干扰电路的正常运行。然而，TVS的工作电压与其钳位电压密切相关。若截止电压过高，虽然能确保TVS在正常工作条件下不介入，但也会导致钳位电压上升。因此，在选择VRWM时，必须综合考虑被保护电路的工作电压以及后级电路的承受能力，以找到平衡点。
2、VC（钳位电压）
TVS的钳位电压VC必须小于后级被保护电路所能承受的最大瞬态安全电压，以确保不会对后级电路造成损害。同时，VC与TVS的雪崩击穿电压及IPP（峰值脉冲功率）成正比。这意味着，对于相同功率等级的TVS，其击穿电压越高，钳位电压VC也会相应升高。在选择TVS时，这一关系需综合考虑，以确保TVS能够有效地保护后级电路，同时不会自身发生击穿。
3、Ir（漏电流）
在通信电路及低功耗电路中，漏电流Ir是一个需要特别关注的参数。它不能影响系统的效率和正常工作。通常，电压TVS的漏电流相对较大。若条件允许，建议选择10V以上的TVS，这样其漏电流会相对较小。若确实需要选择低压且漏流低的TVS，我们也可提供相应的低漏流TVS产品以满足您的需求。
4、结电容
TVS的结电容通常位于几十皮法至几十纳法的范围内。在相同功率等级的TVS中，电压越低，其结电容值则越高。在通信线路的应用中，必须留意TVS的结电容，以确保不会干扰线路的正常运作。
5、封装形式
TVS的功率与其封装形式密切相关。一般来说，封装体积越小，TVS的功率等级也相对较低。这是由于TVS的芯片面积直接决定了其功率大小。因此，在选择TVS器件时，电路工程师需综合考虑电路设计及测试需求，挑选适合的封装形式。
TVS二极管产品线信息
https://semiwell.com/product-line/diodes
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