2020 年 3 月 12 日
我记不清有多少人这么评价硅基瞬态电压抑制器 (TVS) 了。TVS 制造商可能也在随大流。我们通常将这些器件称为 TVS 二极管或静电放电 (ESD) 保护二极管。从技术上来说，二极管是一种两端子器件，主要沿一个方向传导电流。TVS 或 TVS 二极管也是两端子器件，用于在反向击穿区域中传导电流。如果把它看作“普通二极管”的话，我们是不是可以随便选择 TVS 二极管或相关类型的二极管来保护电路呢？真这样做的话，结果可能令人失望。
随着设计几何尺寸的缩小和总线速度的不断提高，TVS 二极管的工程设计越来越有挑战性。大多数新型 TVS 器件都极为复杂、多结，专为特定应用而设计。虽然在电路图上的符号相同，但内部电路更为精密。图 1 是一个低电容、深折回 TVS 器件。这绝对不是“普通二极管”。我们来仔细看看。
图 1 – TVS 结构示例 © Semtech Corporation
TVS 二极管到底是什么？
一个常见的误解是认为 TVS 二极管等同于齐纳二极管，我经常听到人们将 TVS 二极管称为“齐纳”。其实 TVS 二极管和齐纳二极管是为完全不同的应用而设计的。齐纳二极管用于调节电压，因此可在击穿区域内工作（图 2）。
图 2 – 齐纳二极管工作区域 © Semtech Corporation
TVS 二极管是专门用于抑制瞬态过电压事件的器件。在正常工作条件下，TVS 对受保护电路呈高阻抗。唯一流动的电流是器件的泄漏电流，通常为几纳安。当瞬态电压超过器件的击穿电压时，TVS 二极管导通（图 3）。
图 3 – TVS 工作区域 © Semtech Corporation
TVS 二极管会在短时间内耗散大量能量。瞬态事件的持续时间从几纳秒到一毫秒不等。这就需要较大的结面积来促进电流的均匀分布，并需要用其他设计元件确保器件可以吸收预期的能量，避免造成损坏。
TVS 参数
TVS 工作电压是指器件对电路呈高阻抗时的电压。通常所选 TVS 器件的工作电压要尽可能接近电路工作电压。在瞬态事件中，受保护线路上的电压将快速升高。一旦超过 TVS 击穿电压，它就会成为传导瞬态电流的低阻抗路径。在最大瞬态电流条件下，TVS 两端产生的电压被称为钳位电压。这个关键参数常常被忽略，因为它也是受保护电路两端的电压。如果超过了受保护 IC 的最大功能限制，它可能会损坏。对高速电路的保护还面临其他设计挑战，例如在不损害 TVS 传导高能瞬变能力的前提下降低 TVS 的有效负载电容。在第二部分中，我们将介绍制造商用来降低钳位电压和有效电容的各种电路，进一步阐明 TVS 器件不只是“普通二极管”。
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