简单易用的TVS如何在发展

电子发烧友网报道（文/李宁远）随着电子电路向更高集成度发展，电路保护对更可靠和更节省空间的保护器件的需求一直在增加。在电路保护应用里，ESD和浪涌是两大需要重要防护的风险，TVS是非常流行的应对电路保护的选择，低成本和易用性让TVS在绝大多数保护里成为了第一选择。
 
稳定易用的TVS
 
TVS瞬态电压抑制管，也叫瞬态电压抑制二极管，是一种高效能保护元器件，其作用是在两极受到反向瞬态高能量时候能够吸收浪涌，对后级电路形成有效的保护。
 
通俗来说当瞬态电压过高时，TVS二极管便产生雪崩，让瞬间的大电流从低电阻通路被引开，避免电路因此受到损坏。
 
在稳压二极管的基础上发展起来的TVS的保护功能是利用了稳压特性和负阻特性，在交直流电路中都可以用来抑制瞬间过电压，在短时间内分流高电流浪涌。这里有单向和双向之分，单向TVS用于直流，对单一方向浪涌起到防护，双向TVS用于交流，正反方向的浪涌均能响应。
 
此外，这种浪涌一般和IEC标准中的ESD事件还不太一样，浪涌事件通常发生在电子系统切换瞬态时，具有更长的脉冲持续时间和更高的能量。
 
TVS有几个关键的参数，工作峰值反向电压VRWM是TVS二极管能够保持高电阻状态的最小反向电压值。一般VRWM会达到或高于系统工作电压的上限，以便TVS接入电路且不会造成不必要的漏电流。
 
想要实现较高的抗浪涌性能表现，TVS二极管的钳位系数VCL/VBR要足够低，同时响应速度必须快。为了防止高等级的浪涌故障，有时会选择RDYN更低的TVS二极管。不过这样也会导致其他方面出现弊端，如输入/输出（I/O）电容会变高，TVS整体的尺寸也会增大。
 
较大的封装一直是TVS被人所诟病的地方，现在也可以看到很多TVS供应商在封装和性能上做优化，如TI的平缓钳位技术。
 
不同应用中的TVS
 
在不同的应用中，TVS的发展呈现出不同的侧重点。在消费类市场，移动电子设备朝着尺寸小型化、功能多样化和高度集成化方向不断发展，内部电路板的集成度越来越高，折中设计趋势下系统愈发容易受到ESD/EFT和共模/差模浪涌冲击等浪涌电压的干扰。
 
通常这种应用里，系统对TVS功率密度要求不高，会对TVS的封装以及抗浪涌能力更加看重。更小的封装，更多的可承受冲击次数、更高的接触放电和空气放电等级都是移动设备对TVS提出的要求。
 
这些适用于移动应用的TVS二极管会通过调整和优化有源区面积，尽可能减少所需PCB占用面积。
 
而到了汽车和工业应用，虽然这些应用里的TVS也在尽可能将封装做得更小，但功率密度始终是这类TVS应用上最大的考量。
 
缩小封装的前提是保证足够的功率密度，在功率密度满足需求后，再根据其他因素来适当选择合适的封装。比如TVS能承受的最大脉冲电流，需要选择尺寸适当确保其能够承受所需的电流；TVS能承受的反向电压等级也是封装选择上的一个因素。同时功率较大的TVS需要封装的散热能力更强。
 
小结
 
为了契合现在小封装的发展趋势，TVS现在正通过新设计新技术来优化性能和尺寸上的取舍，TVS的升级对于电路系统设计有着莫大的帮助，系统的电压、尺寸和成本都会因此受益，当然这一切的前提是器件能提供稳定的防护。