TVS防突波

TVS二极管（Transient Voltage Suppressor，瞬态电压抑制二极管）是一种专门用于抑制电路中的突波（瞬态过压）的半导体器件，其核心作用是通过快速钳位和吸收能量，保护敏感电子元件免受电压尖峰、浪涌等瞬态事件的损害。以下是其防突波作用的详细说明：

一、TVS二极管防突波的核心机制

1. 快速响应

   • 响应时间极短（<1纳秒），远快于常规保险丝或MOV（压敏电阻），能在突波电压出现的瞬间启动保护。

   • 例如：雷击产生的瞬态高压（μs级上升时间）可被TVS迅速钳位，避免电路损坏。

2. 电压钳位

   • 当突波电压超过TVS的 击穿电压（VBR） 时，TVS会进入雪崩击穿状态，将电压钳位在 钳位电压（VC） 水平（通常为VBR的1.3~1.5倍）。

   • 示例：若TVS的VBR为12V，VC可能为18V，可将输入电压限制在18V以内，保护后级5V芯片。

3. 能量吸收

   • TVS通过 峰值脉冲功率（PPPM） 吸收突波能量（如雷击、感性负载切换的能量），典型功率范围从 200W到数千瓦。

   • 例如：汽车12V电源线中，TVS可吸收负载突降（Load Dump）产生的60V/100ms浪涌。

二、TVS二极管的关键优势

1. 高能量处理能力

   • 单次吸收能量远高于ESD二极管，适用于 高功率突波场景（如电源浪涌、雷击）。

   • 对比：ESD二极管侧重多次ESD防护，而TVS侧重单次/多次高能量浪涌抑制。

2. 双向/单向保护

   • 双向TVS：用于交流或正负交替电压场景（如RS-485通信线）。

   • 单向TVS：用于直流电源正极保护（如5V供电线路）。

3. 低漏电流

   • 静态漏电流低至 μA级，正常工作时几乎不增加电路功耗。

4. 宽电压覆盖范围

   • 击穿电压覆盖 5V至600V，适配从低压数字电路到高压电源系统的防护需求。

三、典型应用场景

1. 电源线防护

   • AC/DC输入：抑制雷击浪涌（如IEC 61000-4-5标准下的1.2/50μs电压波）。

   • 车载电子：防护负载突降（Load Dump）、抛负载（Jump Start）等瞬态事件。

2. 通信接口保护

   • RS-232/485、CAN总线：抑制线缆感应雷击或电磁干扰（EMI）引起的突波。

   • 以太网、USB：防止热插拔或静电耦合导致的电压尖峰。

3. 工业设备

   • 电机驱动电路：吸收继电器、电机启停时产生的反电动势。

   • PLC I/O端口：防护现场传感器信号的瞬态干扰。

4. 消费电子

   • 充电器端口：抑制快充协议切换时的电压抖动。

   • 显示屏接口：防止HDMI/DisplayPort热插拔浪涌。

四、TVS vs 其他突波防护器件对比

五、选型关键参数

1. 击穿电压（VBR）

   • 需高于电路正常工作电压，但低于被保护器件的最大耐压。

   • 示例：5V电路可选VBR=6.8V的TVS。

2. 钳位电压（VC）

   • 确保VC低于后级电路的安全阈值（如IC的绝对最大额定电压）。

3. 峰值脉冲功率（PPPM）

   • 根据突波能量选择，如雷击测试要求10/1000μs波形下至少吸收数百瓦。

4. 封装与散热

   • 大功率场景（如电源输入）需选 SMC、SMA 等封装，支持散热片安装。

六、实际设计案例

场景：车载12V电源防护

• 威胁：负载突降（60V/100ms）、ISO 7637-2脉冲5a/5b（87V/400ms）。

• 选型：

  • TVS型号：SMBJ36A（VBR=40.1V，VC=58.1V，PPPM=600W）。

  • 配合LC滤波和保险丝，形成多级防护。