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TVS 原理与选型：电子电路的可靠守护者

幽默   2024-11-02 21:34   上海  

在电子电路的世界里，瞬态电压的出现犹如不期而至的风暴，可能对电路中的敏感元件造成严重损害。而 TVS（瞬态电压抑制二极管）就如同一位忠诚的守护者，时刻准备着抵御这些瞬态电压的冲击。

一、TVS 的工作原理

TVS 是一种基于二极管反向击穿特性的保护器件。当电路中出现瞬态高电压脉冲时，TVS 能够迅速从高阻态转变为低阻态，导通并将过电压钳位在一个安全的水平。其峰值脉冲功率（PPPM）是衡量其承受瞬态浪涌能力的重要指标，计算公式为 PPPM = VC×IPP。

其中，VC 是 TVS 的钳位电压，即在特定脉冲宽度（如 10/1000μs，上升时间 10μs，持续时间 1000μs）下，当脉冲峰值电流流过 TVS 时，其两端出现的最大峰值电压；IPP 是 TVS 在同样特定波形下的峰值脉冲电流。

二、TVS 的结电容特性

当 TVS 管用于信号电路保护时，结电容成为一个需要重点关注的因素。如果结电容过大，对于信号频率或传输速率较高的电路，会对信号传输产生衰减或失真等不良影响。

因此，在这种情况下，应选用低电容系列的 TVS 管。TVS 结电容容值与信号传输速率对应要求关系明确，在对应频率下，TVS 结电容容值应不超过限制线，以确保信号质量不受影响。

图为结电容与频率的关系， 可知电路信号频率越高，结电容应越小。
三、TVS 的选型要点

1. 确定 Vrwm：Vrwm 表示 TVS 在正常状态下能够承受的最大反向工作电压。对于直流电路，Vrwm 应大于等于电路的工作电压；对于交流电路，Vrwm 要大于等于交流工作电压乘以（根号2）。这样可以确保 TVS 在正常工作时处于反向截止状态，只有很小的反向漏电流通过。

2. 确定 VC（钳位电压）：钳位电压 VC 应小于后级芯片所能承受的电压。这样在瞬态过电压出现时，TVS 能够有效地将电压钳位在安全范围内，保护后级电路。

3. 确定脉冲功率：根据电路中可能出现的瞬态浪涌功率，选择能够承受该功率的 TVS 器件。确保外部干扰的功率小于 TVS 管所能承受的功率，以保证 TVS 能够有效地抑制瞬态电压。

4. 结电容确定：根据信号频率和传输速率，选择合适结电容的 TVS 管。对于高速IO信号电路，应优先选择低电容系列的 TVS，以避免对信号质量产生不良影响。

四、TVS 的应用场景

1. 电源系统保护：在各类电源设备中，如开关电源、UPS 电源等，TVS 可以有效地抑制电网中的瞬态浪涌电压，保护电源电路和后级负载。例如，当电网中出现雷电感应电压或其他瞬态高压脉冲时，TVS 能够迅速导通，将电压钳位在安全水平，防止电源芯片和其他关键元件被损坏。

2. 通信设备保护：在通信系统中，如手机、路由器、基站等设备，TVS 可以保护射频电路、数字电路和电源电路等免受静电放电（ESD）、电快速瞬变脉冲群（EFT）等瞬态干扰的影响。例如，在手机的充电接口和天线接口处，TVS 可以防止外部静电放电对手机内部电路造成损坏。

3. 汽车电子系统保护：在汽车电子领域，TVS 广泛应用于发动机控制系统、车载娱乐系统、安全气囊系统等。汽车电子系统面临着复杂的电磁环境和各种瞬态电压干扰，TVS 可以有效地保护电子元件免受损坏，提高汽车电子系统的可靠性和稳定性。例如，在汽车的发电机输出端和电池连接线上，TVS 可以防止发电机产生的瞬态高压脉冲对汽车电子设备造成损坏。

4. 工业控制系统保护：在工业自动化控制系统中，如 PLC、传感器、驱动器等设备，TVS 可以保护电路免受电网波动、电磁干扰和静电放电等瞬态干扰的影响。例如，在工业现场的传感器信号线上，TVS 可以防止静电放电对传感器信号造成干扰，确保控制系统的准确运行。

总之，TVS 作为一种重要的电子保护器件，在各种电子电路中都有着广泛的应用。通过正确选择和使用 TVS，可以有效地提高电子设备的可靠性和稳定性，保护电路中的敏感元件免受瞬态电压的损害。

作者简介：
    小飞，90后，公众号《小飞学长》主理人。自创号以来，发表文章数千篇，累计全网阅读量上亿次。曾做过文字编辑、软硬件研发工程师以及独立撰稿人等工作，目前专注于芯片行业。业余时间酷爱阅读与写作，热衷于分享对读者有用的知识、思考、感悟和经验。关注我，让我们一起成长，向善向阳，努力突破，成就更好的自己。

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