二极管：TVS瞬态抑制二极管

news2024/11/25 18:47:32

一、什么是TVS二极管

TVS（Transient Voltage Suppressors），即瞬态电压抑制器，又称雪崩击穿二极管。

TVS二极管的符号如下图所示

什么是雪崩击穿

雪崩击穿是有必要了解一下的，不然后面还有齐纳击穿，搞不懂原理，做事就没底气。

所谓雪崩击穿，想象一下雪崩的场景，开始是一小块，慢慢积累起来就是一大片。

二极管的雪崩击穿也是这样，这个只发生在二极管接反向电压时才可能发生；

假设大家已经知道了，二极管加反向电压，PN结附近的耗尽层会增大，也就是扩宽，耗尽层的电荷也更多，耗尽层的电场强度会变大。

再假设大家还知道，电场强度越大，电子在里面受力也越大，跑得就越快。那一不小心，电子撞到了晶格上的电子（晶格上的电子就是共价的电子对），还把晶格上的电子撞出来了，那耗尽层的电子就变多了，变多的电子一起加速继续撞，是不是有一生二，二生三，三生万物的感觉，这个感觉就是雪崩，所以雪崩基础就是加反向电压到一定程度，突然反向电流暴增，就这么回事。

二、TVS二极管的应用

TVS二极管就是利用雪崩击穿这个特性，常规二极管发生雪崩击穿后，八成也就废了，但是TVS二极管有特殊的结构和工艺，发生雪崩击穿之后居然还能恢复。

TVS管在电路中就是工作于反向截止状态，电路正常的时候，有这个TVS二极管和没有TVS二极管是一样的，可以把这个TVS当空气。但是当电路受瞬间的高能量脉冲冲击时，这个TVS二极管先感受到冲击，迅速被反向击穿，吸收脉冲波的能量（其实是给脉冲波一个释放通道），将电路两端间的电压箝位在一个预定的数值上，这样就能保护后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。保护过程如下面的电路所示。

三、如何选择TVS

1、确定TVS二极管的最高反向工作电压（反向隔离电压） $V_{R}$ 或 $V_{RWM}$

TVS二极管的反向工作电压在不超过 $V_{RWM}$ 的时候，TVS还是截止状态，反向电流很小。

正常情况下，TVS二极管就是不工作的，也就是工作在反向截止状态，因此TVS的工作电压 $V_{RWM}$ 要高于被保护电路的最高工作电压；

比如，你的电路正常工作电压是10V，你选的TVS二极管 $V_{RWM}$ 是15V，那异常电压要超过15V之后，你的TVS才开始起作用，到那时候黄花菜都凉了，你的电路已经被干废了；如果你选的TVS二极管 $V_{RWM}$ 是8V，那即使正常供10V的电，TVS二极管开始工作，开始保护了，把你的供电电压拉低，那也是不好的。常规的做法是TVS二极管的工作电压是被保护电路电压1.1到1.2倍就行了。也就是你的电路正常电压10V，所选的TVS二极管工作电压11V到12V就行了，这样正常供电的时候这个TVS就是个摆设。当电路有高电平冲击时，TVS就起作用，这个时候你的电路也不至于被干废。

2、确定TVS二极管的钳位电压 $V_{C}$ ；

TVS 钳位电压应小于后级被保护电路最大可承受的瞬态安全电压，钳位电压 $V_{C}$ 与 TVS 的雪崩击穿电压及 $I_{PP}$ 都成正比。一般击穿电压越高 $V_{C}$ 也越高，所选TVS二极管的最大箝位电压 $V_{C}$ 不能大于被防护电路可以承受的最大电压。比如你的工作电压最大只能是10V，TVS二极管只能钳位到15V，如果来个20V的脉冲冲击，TVS只能把电压降低到15V，虽然能降低打击程度，但还是被干死了。所以钳位电压要小于电路允许的最大电压。