1、什么是TVS二极管？

TVS（瞬态电压抑制器）二极管是用于保护半导体等敏感元件的元件。它们旨在对电压尖峰做出反应，并在进入电路之前将电压钳制在设定的量。它们的作用类似于空气管路或水管上的过滤器。

TVS 二极管用于 IC（集成电路）中，以防止过电压和电弧、EFT（电快速瞬变）、ESD（静电放电）、感应负载开关甚至雷击的影响。

2、TVS二极管如何工作？

TVS 二极管通常与它们保护的电路并联，并且方向相反。这些组件可以在单向或双向配置下运行。低于某个电压阈值时，TVS 二极管保持非活动状态，电路保持正常工作。

当电压超过预定阈值时，TVS 二极管以纳秒为单位检测到此差异，然后“箝位”以将多余的能量从电路中转移出去。过大的瞬态电流通过 TVS 流回电源，从而为受保护的系统确保一致的电压。浪涌结束后，TVS 二极管将自动重置至其非导通状态，准备保护电路免受下一次意外浪涌的影响。也就是说，当如果电压超过TVS二极管的击穿电压 （VBR），TVS 会立即激活，从而保证受保护的元件承受额外的电流。

3、TVS二极管有哪些优势？

与其他过压保护器件，包括金属氧化物压敏电阻 （MOV）、晶闸管和气体放电管 （GDT） 相比，TVS 二极管因其有效的夹紧机制和系统级兼容性而被普遍使用。

TVS二极管能在瞬态事件期间吸收和耗散能量，使其成为确保电子系统可靠运行不可或缺的器件之一。TVS具有以下优势:

（1）、增强可靠性：有效的过电压保护可确保电子系统可靠运行，从而降低意外故障的风险。

（2）、提高安全性：TVS 二极管有助于降低电气火灾和其他危险的风险，提高电子系统的安全性。

（3）、提高组件寿命：TVS 二极管通过保护敏感元件免受过压事件的影响，减少频繁更换的需要，从而帮助延长敏感元件的使用寿命。

（4）、行业合规性：高质量的 TVS 二极管保证产品符合严格的行业标准，这在汽车和航空航天等领域尤为重要。

（5）、成本效益：防止系统故障并最大限度地减少停机时间可显著节省维修和保养成本。

（6）、减少干扰：TVS 二极管具有高阻抗和噪声衰减功能，可最大限度地降低小型电子产品中常用开关电路的 EMI。

（7）、使用的多面性：TVS二极管可用于各种应用，以保护各种电子设备和系统。

4、TVS主要参数介绍

在为设计选择合适的 TVS 二极管之前，我们应该对影响器件有效保护电路免受过压和瞬态影响能力的参数有深入的了解。

其中，

TVS管的VBR（击穿电压）是指TVS管的最大额定电压，超过这个电压时TVS管会发生击穿，电流会急剧增加，以保护电路不受过高的电压损害。VBR是TVS管导通的标志电压，从这个电压点开始TVS进入雪崩击穿状态。在这个电压之前TVS是不导通的，当TVS流过规定的1mA电流（IR）时，加入TVS两极间的电压为其最小击穿电压VBR。

TVS管的VRWM（Reverse Stand-off Voltage，反向承受电压）是指TVS二极管可以正常工作的电压范围。它表示了二极管在正常工作状态下能够承受的最大电压。在VRWM以下，TVS是不动作的，即TVS管是截止的，处于高阻状态。VRWM也被称为截止电压或反向工作电压，是TVS二极管的最高工作电压，可连续施加而不引起TVS二极管劣化或损坏的最大直流电压或交流峰值电压。在选型时，应确保VRWM略高于被保护电路的正常工作电压，以防止在正常工作时误触发(例如，12V线路应由 14V TVS 保护)。简而言之，VRWM是TVS管在正常工作条件下不会导通的最高电压值。

TVS管的IR是指反向漏电流（Reverse Leakage Current），它是指在规定的反向工作电压（VRWM）下，TVS二极管流过的电流。这个参数反映了TVS二极管在正常工作状态下的漏电流水平。具体来说，IR是在TVS管的反向工作电压VRWM下，即在TVS管不导通的情况下，通过TVS管的电流。这个电流值通常很小，因为它是在TVS管截止状态下测量的。IR的大小对于某些应用来说很重要，特别是在低功耗或电池供电的设备中，因为较高的漏电流可能会导致电池寿命缩短或不必要的能耗。在TVS管的数据手册中，IR通常会给出一个最大值，以确保在规定的工作条件下，TVS管的漏电流不会超过这个值。选择TVS管时，应考虑IR对整个系统功耗的影响，特别是在对功耗有严格要求的应用中。

5、TVS二极管在汽车电子中的应用

在汽车应用中，必须保护敏感的半导体元件免受电涌、瞬变和静电放电 (ESD) 的影响。 单个瞬态电压尖峰很容易损坏或破坏组件，而即使能量相对较低的电噪声也可能导致数字通信严重中断。

只要存在高电压，瞬态就可能以瞬时或连续浪涌的形式出现，并且可以通过 PCB 走线和电缆传播。 瞬时浪涌很容易达到 3kV，并且经常在感性负载切换时发生，例如停止电机。 由于大多数现代集成电路 (IC) 均在低直流电压下工作，因此瞬变是集成电路和数字信号的常见威胁。

为了阻止这些瞬态，常见的解决方案是瞬态电压抑制器 (TVS)。

随着汽车包含更多的自动化功能，它们也包含更多的电动机，为镜子、车窗和座椅等功能提供动力。 此外，传动系统的电气化导致水泵和油泵等机械系统由电动机驱动。 这些都代表系统上的感性负载，因此是连接和断开负载时瞬态电压的潜在来源。

针对汽车环境的电涌保护有具体的标准，包括 ISO 7637-2 和 ISO 16750，而不同的国家/地区也有自己的本地标准。 下图显示了这两个标准定义的12V电源上的测试脉冲形状。

汽车行业使用的测试脉冲的图示

电路保护必须能够处理上图中所示的每个脉冲（脉冲未按比例显示）。设计以满足这些要求可能需要使用分布在整个系统周围的几个TVS。例如，在交流发电机附近可能会有一个主TVS，它在物理上很大，并根据系统的特性进行选择。剩余的能量需要通过每个模块内的补充TVS保护来消散，并且应该使用系统级方法来定义这方面的要求。

在恶劣的环境中，脉冲曲线下的面积要大得多，与其他用例相比，这意味着要消耗更多的能量。这适用于可能需要处理大量能量的汽车应用。特别是，大型车辆，如卡车和货车，可能有24V供电轨道，这意味着保护必须能够处理更大的能量。

比如用TVS设备保护关键安全信号

随着现代车辆包括越来越多的数据通信，使用汽车合格的电视设备的网络标准，如CAN， FlexRay和LIN正在增加。这些网络用于在汽车模块之间进行安全关键通信。

这些信号可能被比瞬态浪涌能量更低的噪声打断。因此，在不影响信号带宽的情况下，必须保护信号和模块。由于CAN和FlexRay是差分总线，它们需要双双向TVS来保护两条线路。

最简单的TVS类型是单向的，用于要保护的电路面积始终为正的地方，例如0到5V。单向TVS仍然能够防止正极和负极瞬变。

相反，双向TVS的设计目的是提供跨分离轨系统或差分信号方案的瞬态保护，以保护信号的正负瞬态。这些器件可以是对称的，即在两个方向上具有相同的击穿电压水平，也可以是不对称的，即在一个方向上具有更高的反向击穿电压。

LIN总线将采用不对称的双向TVS，例如，因为信号线很容易在-15V和+24V之间波动，由于地的变化。一辆汽车可能还包括高速数据总线，如USB和HDMI，这需要低电容电视保护来保持数据的完整性。