如何使用TVS二极管进行电路保护？

在电子产品中，瞬态电压抑制器（TVS）二极管是保护敏感电路免受高压瞬变损坏的组件。因为TVS二极管采用大截面积结构成，用于吸收高瞬态电流。高压瞬变的主要来源是静电放电、电快速瞬变和浪涌事件。本说明将告诉您电视二极管如何工作以防止电路故障和保护设备。
I. 瞬态电压抑制器
1.1 瞬态是什么意思？
瞬变是电压或电流持续时间短的尖峰，会以多种方式损坏电路。有些瞬变只发生一次，有些可能是重复的。这些瞬变从几毫伏到数千伏不等，可持续数百毫秒到纳秒。由于电感负载开关或开关和连接器中的触点有缺陷，内部可能会产生瞬变。由于雷击或感应开关，它可以在外部产生。
1.2 什么原因导致瞬态电压？
瞬态电压是由雷击、未经过滤的电气设备、触点反弹、电弧、电容器组或发电机打开和关闭等事件导致存储能量突然释放引起的。 瞬态电压与骤升的不同之处在于幅度更大，持续时间更短。瞬态电压通常持续不到一微秒到几毫秒。瞬态电压通常分为两种不同的类型，具体取决于它们在电力系统上出现的位置：正常模式或共模。
1.3 TVS有什么作用？
瞬态电压抑制器或TVS是用于保护电路免受这种意外电压或电流尖峰影响的保护设备。将这些TVS器件与电路并联是保护电路免受过压影响的主要方法。
1.4 什么是瞬态电压抑制器？
金属氧化物压敏电阻、TVS 二极管、齐纳二极管或旁路电容器是可用于瞬态电压抑制二极管的几种类型的 TVS 器件。
瞬态电压抑制器可分为两种类型，钳位式和撬棍式。钳位装置将电压限制在固定的水平。它们在这样做时会消耗过压事件的多余能量。钳位器件的一个实例是TVS二极管。
另一方面，一旦激活，撬棍设备会有效地缩短保护线路，将多余的能量从受保护电路中重定向出去。如下图所示，当检测到触发电压（尖峰）时，撬棍设备使电路短路，使线路电压降低，然后线路电压在一段时间后再次上升到稳定状态，以便正常电路操作，因为撬棍设备延迟电路。

瞬态电压抑制二极管符号
II. 瞬态电压抑制二极管
2.1 TVS二极管概述
瞬态电压抑制二极管（（ESD保护二极管））是一种固态PN结二极管，专门设计用于消除过电压对敏感半导体和电路的突然或瞬时影响。TVS二极管是一种箝位系统，因此如果感应电压达到雪崩击穿电压，它会吸收过压事件的多余能量，然后在过压情况后自动复位。虽然标准二极管和齐纳二极管也可用于过压/瞬态安全，但由于标准二极管和齐纳二极管是为整流和电压控制而设计的，因此它们不如瞬态电压抑制二极管坚固。
2.2 如何选择TVS二极管？
选择合适的瞬态抑制器时，TVS二极管需要哪些类型？ 与所有其他雪崩二极管一样，单向瞬态电压抑制二极管在正向上充当电路中的整流器，并且该单向二极管可承受非常高的峰值电流。下图显示了单向TVS二极管符号，它几乎就像齐纳二极管一样。
另一方面，两个相互对立的雪崩二极管串联在一起可以代表双向瞬态电压抑制二极管。这些二极管与要保护的系统或电路并联，连接在一起。这些二极管是作为单个元件产生的，与符号不同。双向TVS二极管符号如下图所示。

瞬态电压抑制器（TVS）特性简介
在电路中使用TVS二极管之前，指定给定瞬态波形的峰值脉冲能力至关重要。在大多数二极管中，峰值脉冲能力的额定脉冲波形为8/20μs或10/1000μs。可以将瞬态电压抑制二极管分为两组。其中一个是单向的，另一个是双向的。
三、如何使用TVS二极管进行电路保护
3.1 电路中的TVS二极管
与要保护的系统或电路并行，连接TVS二极管。TVS系统专门设计用于在特定电压电平下击穿，并且在不持续损坏的情况下传导大量电流。
TVS二极管在正常电压条件下显示为开路，但漏电流较低。当通常的电压达到一定量时，TVS二极管结结雪崩，过电压因此从安全电路重定向并通过TVS二极管分流。当过压下降时，系统会自动复位。
此外，TVS二极管的VI特性曲线与齐纳二极管相似，TVS二极管专门设计、表征和测试瞬态电压抑制。相比之下，齐纳二极管的设计和指定用于电压调节。
3.2 TVS二极管主要参数
市场上有许多类型的TVS二极管，配备用于特定应用。在选择TVS二极管来保护外部接口时，您需要特别注意几个关键参数。以下是数据表中的以下参数，可帮助您找到合适的TVS二极管。
反向关断电压 （VR）
在不实际触发系统的情况下施加到保护器的最高电压是反向关断电压。系统的VR应等于或大于安全电路的峰值工作电压。这是为了确保常规电路操作或信号电压不会被安全系统削波。
击穿电压（VBR）
二极管可以开始保护和传导电流的电压是击穿电压。VBR通常定义为1mA。
钳位电压（VC）
箝位电压是在测试波形事件发生期间将暴露在安全电路中的最大电压。大多数数据手册都给出了上升时间为8μS的1A或2A波形的钳位电压。
峰值脉冲电流 （IPP）
安全系统可以承受的最高电流是峰值脉冲电流。
四、结语
TVS二极管通常用于低能耗电路和系统，用于分流/箝位，以及ESD安全电路。因为使用外部TVS二极管的一个优点是它们通常提供四级IEC ESD保护。在正常工作条件下，TVS二极管对受保护电路具有高阻抗。理想情况下，该器件显示为开路，尽管存在少量漏电流。TVS二极管应用可用于数据和信号线、微处理器和MOS存储器、AC/DC电源线以及电信设备。