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深入理解TVS二极管：从原理到实际应用全解析
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深入理解TVS二极管：从原理到实际应用全解析

TVS二极管的工作原理与关键技术参数

TVS二极管（瞬态电压抑制二极管）是现代电子系统中不可或缺的过压保护元件。其核心作用是在瞬态过电压事件中迅速导通，将多余能量泄放至地，从而保护后端敏感电路。

1. 工作原理：雪崩与齐纳击穿

TVS二极管依据击穿机制分为两类：

  • 单向TVS：适用于直流电源或单向信号线，利用齐纳击穿特性，在反向电压超过阈值时导通。
  • 双向TVS：用于交流信号或双向传输线路，可在正负方向均实现过压保护。

当瞬态电压超过额定击穿电压（VBR）时，器件迅速进入低阻抗状态，形成“电涌路径”，将电流导向地线。

2. 关键技术参数解析

参数含义典型值范围
击穿电压（VBR）开始导通的电压阈值5V～100V
钳位电压（VC）最大允许施加到被保护电路的电压1.2×VBR～2×VBR
峰值脉冲电流（IPP）可承受的最大浪涌电流5A～100A
最大峰值脉冲功率（Pppm）能量吸收能力150W～6000W
响应时间从过压发生到导通的时间≤1ns

3. 典型应用场景

电源输入保护：在电源入口处并联TVS二极管，防止雷击或开关瞬变造成的电压冲击。

通信接口防护：如USB、RS485、CAN、I²C等接口，防止静电放电（ESD）或电磁干扰导致损坏。

传感器信号线保护：在工业传感器、温度探头等长距离信号线中，防止感应过压。

4. 选型注意事项

  • 电压匹配：VBR应略高于正常工作电压，避免误触发。
  • 功率容量：根据预期浪涌能量选择足够高的Pppm值。
  • 封装尺寸：考虑PCB布局空间，选择合适的封装（如SMA、SMB、DO-214AB）。
  • 温度范围：工业级应用需选用-40℃～+125℃的耐温型号。

结语

TVS二极管以其快速响应、高可靠性、低成本等优点，成为各类电子设备中最常用的过压保护方案之一。合理选型与正确安装是保障系统安全的关键。建议在设计阶段即引入TVS保护，并进行EMC测试验证其有效性。

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