TVS(Transient Voltage Suppressors)二極管，是在齊納二極管工藝基礎上發明的一種新型高效電路保護元器件，亦稱TVS管、瞬態電壓抑制二極管、瞬變抑制二極管、瞬態電壓抑制器、雪崩擊穿二極管等，有單向和雙向之分。當TVS二極管的兩端經受瞬間高能量沖擊時，它以PS秒級的速度把兩端間的阻抗值由高阻抗變為低阻抗，以吸收一個瞬間大電流，把它的兩端電壓箝制在一個預定的數值上，從而保護后面的精密元器件不受瞬態高壓尖峰脈沖的沖擊。

硅瞬變電壓吸收二極管具有極快的響應速度(小于1ns)和比較高的浪涌電流吸收能力，可用于保護設備或電路，甚至集成電路、MOS器件、混合電路和其地對電壓敏感的半導體器件免受靜電、電感性負載切換以及感應雷擊等所產生的瞬變過電壓。硅瞬變電壓吸收二極管有多種封裝方式(有表面貼裝、普通二極管封裝等等)，可滿足不同場合的需要(如其中有一款16腳雙列直插封裝的硅瞬變電壓吸收二極管列陣包含了多達8～12對對地連接的二極管，特別適合于對數字設備數據線及I/O線的保護)。

1、工作原理與器件特點

(資料圖片)

硅瞬變電壓吸收二極管與常用的半導體穩壓二極管工作原理一樣，都具有限壓功能，但后者常被用在調節穩態電壓和小電流箝位中，沒有特別強調對付暫態脈沖的吸收。硅瞬變電壓吸收二極管則是專門用在抑制暫態過電壓，與穩壓管相比，它有著更為優越的保護特性，為此硅瞬變電壓吸收二極管有如下特點：

⑴有較大的結面積，使通流能力較強。

⑵管內有特殊材料(鉬或鎢)制成的散熱片，故散熱條件較好，有利于管子吸收較大的暫態功率。

⑶由于結面積增大了，管子的寄生電容也就相應增大，其值達到幾百甚至數千pF，使它在高頻下使用受到限制。

2、主要特性參數

主要參數有擊穿電壓、最大箝位電壓、峰值脈沖吸收功率和結電容等。

⑴額定直流持續工作電壓VWM。在額定的工作溫度內，只要外施電壓不超過此值，硅瞬變電壓吸收二極管絕對不會轉為導通或微通狀態。實用中所選器件的這一參數必須大于或等于被保護線路的最大工作電壓。

⑵最小擊穿電壓VBR(min)。在規定的恒流測試電流IT下，所測得的管子兩端最小電壓。

⑶最大箝位電壓VC。指管子通過額定峰值10/1000μs電流波時，在管子兩端出現的峰值電壓的最大值。

⑷峰值脈沖電流IPP。測試管子特性所使用的10/1000μs峰值電流波。

⑸峰值脈沖功率PP。在額定的10/1000μs峰值電流波下，管子兩端的最大箝位電壓與管子通過電流峰值的乘積。

⑹漏電流ID。在管子兩端施逆向電壓VWM時，所測到的管子通過電流。

⑺測試電流IT。用來測試管子反向擊穿電壓的直流恒流電流，在多數情況下的IT為1mA。

⑻順向壓降VF。只有單極性器件有此數據。一般以額定的正弦波電流通過半個周波時的壓降表示，VF<3.5V。

⑼結電容CO。結電容由硅瞬變電壓吸收二極管的結面積決定。并在特定的偏置電壓及特定的頻率(通常是1MHz)下測得。

常用的硅瞬變電壓吸收二極管有500W、600W、1.5kW、

5kW和15kW(指峰值脈沖功率)等多種規格。如下圖舉例相關的電氣特性為例，以便熟悉這種器件的特點，詳見下附表所示。

“1.5KE”系列硅瞬變電壓吸收二極管的最大額定參數如下：

①25℃時的峰值脈沖功率達到1.5kW。

②25℃時的穩態功率為5W(引線長度3/8″)。

③響應時間(從0V至VBR min)<1ns;對雙向硅瞬變電壓

吸收二極管，<10ps。

④重復率(占空比)為0.01%。

⑤25℃時順向浪涌電流的額定值為200A(60Hz交流電，半個周波)。

⑥工作與貯存溫度為-65℃～+125℃。

下面兩圖給出了該系列器件峰值脈沖功率與脈沖寬度之間的關系;引線溫度與額定功率降額使用之間的關系。

3、分析

⑴根據可能出現的暫態過電壓極性選用單向極性管或是雙向極性管。

⑵管子的最大箝位電壓應低于被保護電子元件或設備的耐受水平。

⑶應估計管子在抑制暫態過電壓時可能吸收的最大功率，并按此來選擇管子的脈沖功率。只是不同的波形要通過峰值脈沖功率—脈沖寬度曲線來合理選擇。

⑷前述表格中所給參數都是在25℃時作出的，隨環境溫度變化，吸收功率的值應降額使用，可參考降額曲線來確定降額的程度。

⑸表格中IPP時的最大箝壓電壓與擊穿電壓的關系相當于氧化物壓敏電阻中殘余電壓與壓敏電壓之間的關系。根據表中數據可以計算得出兩者之比大約在1.3～1.6之間，比壓敏電阻的殘壓比要小得多，這表明硅瞬變電壓吸收二極管有一定動態電阻，但比壓敏電阻要小得多，限壓要精確得多。所以硅瞬變電壓吸收二極管常用在精密限壓中;或用在組合式保護器的最后一級(靠近設備的這一級)。

4、應用

與其他瞬變干擾吸收器件(氣體放電管、壓敏電阻和固體放電管)相比，硅瞬變電壓吸收二極管的吸收能力相對較弱，價格相對較貴。基于這情況，對小電流負載可在保護電路適當串聯一個電阻，限制流入二極管的浪涌電流，以便采用峰值吸收功率小的二極管來替代功率較大的二極管，從而降低保護成本。前提是增加的電阻要不影響被保護電路的工作。圖中給出了這種情況的說明。原先用5kW硅瞬變電壓吸收二極管處理的a線路，現由于在b線路串入一個25Ω的電阻，使二極管的吸收電流要減至a線路的1/13.5(電源線路的浪誦試驗發生器內阻為2Ω)，因此b線路只要用500W的二極管就足夠了。而附加電阻由于靜態功率消耗甚少，可以用一個額定功率為3W的線繞電阻來擔當(理論上可以用額定功率更小的金屬膜或碳膜電阻來擔當，但這些電阻的抗沖擊能力較弱)。

對于雷擊，同一地點不可能高速重復出況;但是對于同一電路中的功率開關、繼電器以及電機的控制，硅瞬變電壓吸收二極管就可能遭受短時間、但是重復出現的瞬態過電壓。針對后一種情況，在二極管里要引入平均功率的概念。通過計算短暫脈沖的寬度及脈沖的占空比來確定吸收脈沖的平均功率，要求此值小于二極管額定的穩態功率。圖示為驅動電動機時在繞組中感應出來的一系列頻率為120Hz、寬度為4μs、峰值電流為25A的脈沖。在此例中選用表面貼裝的硅瞬變電壓吸收二極管，箝位至11.2V。這樣，二極管的峰值脈沖吸收功率為PP=11.2V × 25A=280W二極管的平均吸收功率為Pavg=280W ×(4×10-6)s /(1/120)s=0.134W一個實際選出的二極管應當同時滿足上述兩個條件。

硅瞬變電壓吸收二極管在高速傳輸電路上使用時，要特別注意它的結電容帶來的有害作用。從附表3可以看到，低電壓硅瞬變電壓吸收二極管有著相應大的結電容，用在信號傳輸電路上，會造成信號的畸變。作為改進措施，可在硅瞬變電壓吸收二極管支路中串聯一個高速二極管。因為高速二極管有較小的結電容，二個相互串聯的電容的等效電容為C1C2/(C1+C2)，所以等效電容取決于電容量小的這個電容。下頁的表格是部分高速二極管的特性參教。下圖給出幾例采用串聯高速二極管降低硅瞬變電壓吸收二極管結電容影響的方案。

硅瞬變電壓吸收二極管的最高限是電壓不超過440V，表面貼裝的硅瞬變電壓吸收二極管還不超過170V。當將這些硅瞬變電壓吸收二極管串聯起來就可獲得更高限壓。只是等效管的最大吸收電流取決于電流最低的這一個管子。順便指出，硅瞬變電壓吸收二極管一般不宜通過并聯方法來提高管子電流，因為在實用中難于找到幾個特性完全一致的管子。這樣，經常是一個管子過載(甚至是嚴重過載)、另一個欠載，但最終落得一個兩敗俱傷的結果。

硅瞬變電壓吸收二極管的工作特性與一壓敏電阻很相似，與氣體放電管的應用也有相通之處。因此前兩種器件的使用注意事項在硅瞬變電壓吸收二極管中也有類同之處，如：

①引線要短;

②盡量安裝在瞬變電壓發生處;

③為避免電磁耦合，附近應沒有信號線和電源線經過。

TVS二極管憑借PS級響應速度、大瞬態功率、低漏電流和電容、箝位電壓易控制、擊穿電壓偏差小、可靠性高、體積小、安裝方便等優勢，廣泛應用于敏感電子零件過壓保護中，在汽車電子、消費類電子、工業設備、家用電器、通訊設備等領域均能看到TVS二極管的身影。

審核編輯：湯梓紅