TVS二极管（瞬态电压抑制二极管，也称为瞬变电压抑制二极管）是一种专门用于保护敏感电子元件免受瞬间过电压（电压尖峰、浪涌）损坏的半导体器件。其核心作用是“过电压吸收”和“电压钳位”。

主要作用

1. 过电压保护：

   • 快速响应并吸收来自外部（如雷击、静电放电ESD、开关感性负载等）或内部电路产生的瞬时高电压脉冲。
   • 保护下游的IC、MOSFET、传感器等对电压敏感的器件不被烧毁。

2. 电压钳位：

   • 当电路电压超过其钳位电压时，TVS会瞬间导通，将异常电压限制在安全范围（钳位电压水平），避免被保护器件承受过高电压。

3. 快速响应：

   • 响应时间极快（皮秒至纳秒级），远超保险丝、压敏电阻等器件，能应对ESD等超快瞬态干扰。

工作原理

TVS二极管的核心原理是利用半导体PN结的反向击穿特性，具体过程如下：

1. 正常工作状态（待机）

• 当两端电压低于其反向截止电压（VRWM） 时，TVS处于 高阻态（关断状态），仅有极小漏电流（μA级），不影响电路正常工作。

2. 瞬态电压出现（触发）

• 当电路中出现瞬时高压（如浪涌电压），导致TVS两端电压超过其 击穿电压（VBR）：
  • TVS二极管迅速进入雪崩击穿状态。
  • PN结在强电场作用下发生载流子倍增效应，电阻急剧下降。

3. 钳位作用（能量吸收）

• TVS在击穿后维持电压在一个相对稳定的 钳位电压（VC）（高于VBR但低于被保护器件的耐压值）。
• 瞬态能量被TVS以电流形式泄放（吸收功率可达千瓦级）。
• 待瞬态能量消失后，TVS自动恢复高阻态，电路正常运作。

? 关键点：

• VBR（击穿电压）：触发TVS动作的最小电压。
• VC（钳位电压）：过压期间TVS稳定输出的最高电压（被保护器件实际承受的电压）。
• TVS的钳位电压VC应始终低于被保护器件的最大耐受电压。

核心参数

典型应用场景

• 端口防护：
  • USB、HDMI、以太网等接口的ESD保护。
• 电源防护：
  • 电源输入端的雷击浪涌抑制（常与保险丝配合）。
• 电机/继电器电路：
  • 吸收感性负载断开时的反电动势。
• 汽车电子：
  • 防止负载突降（Load Dump）导致的12V/24V系统过压。

与普通二极管的区别

TVS vs 压敏电阻（MOV）

✅ 优先选TVS：需要高速防护（如ESD）、高精度钳位或长寿命场景。
✅ 选MOV：应对高能量但速度要求不高的浪涌（如电源防雷），成本敏感场景。

选型要点

1. VRWM ≥ 电路正常工作电压（如5V电路选VRWM=5.5V的TVS）。
2. VC < 被保护器件最大耐压（如3.3V芯片耐压6V，则选VC<6V）。
3. IPP 需大于预期浪涌电流值（如符合IEC 61000-4-5标准）。
4. 单向/双向选择：
   • 单向TVS：仅防反压瞬态（如直流电源）。
   • 双向TVS：适用于交流或正负脉冲（如信号线）。

TVS二极管如同电路中的“电压保镖”，在微秒间锁定危险电压，是电子设备可靠性的关键卫士。正确选型并布局在干扰入口处（如连接器附近），可大幅提升系统抗浪涌能力。