双向TVS二极管：电路保护神器揭秘！

双向TVS二极管：电路保护神器揭秘！

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来源

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双向TVS（Transient Voltage Suppression）二极管是一种先进的电路保护器件，通过其独特的PN结结构和卓越的电压钳位能力，在电子电路中扮演着不可或缺的角色。当电路中的电压异常升高时，它能迅速从高阻态转变为低阻抗状态，吸收并分流过量瞬态电压能量，有效防止高压脉冲对后续电路造成损害。这种快速响应和恢复能力，使得双向TVS二极管成为许多电源线和信号线上广泛应用的理想选择。

双向TVS二极管的核心工作原理是在电路遭受瞬间过压时，TVS器件能够迅速降低其内部阻抗，从而允许大量电流通过，并将电压限制在一个安全的预定水平。在反向应用条件下，当TVS器件遭遇高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗会立即降至非常低的水平，这一过程发生在极短的时间内，箝位响应时间可达到1ps（10^-12秒）。这种快速的响应能力使得TVS器件能够有效地吸收瞬时脉冲功率，其承受能力可达到上千瓦。

双向TVS二极管的V-I特性则像是两个单向TVS二极管背靠背组合而成。这意味着它在正反两个方向上都具有相同的雪崩击穿特性和箝位特性。双向TVS的正反两面击穿电压之间存在对称关系，即正向击穿电压与反向击穿电压的比例在0.9到1.1之间。当两端施加的干扰电压超过箝位电压Vc时，双向TVS能够立即抑制这一电压，使其保持在安全水平。这种特性使得双向TVS非常适合用于交流电路的保护。

双向TVS二极管的主要特点包括：

• 快速响应时间（10^-12秒）
• 高浪涌吸收能力
• 低箝位电压
• 低漏电流
• 双向保护特性

双向TVS二极管广泛应用于各种需要抑制过电压和电流的场合：

1. 电源保护：常用于电源线路中，用于保护敏感电子设备免受过电压和过电流的损害。当电压超过设定阈值时，双向TVS会迅速导通，将过电压吸收至安全水平，保护电路。

2. 通信设备：在通信设备中，双向TVS可用于保护接口、传输线路等部件，防止因雷击、静电放电或其他过电压事件导致的损坏。

3. 工业控制：在工业控制系统中，双向TVS可作为关键组件，保护PLC（可编程逻辑控制器）、传感器、执行器等设备免受电源干扰或电压浪涌的影响。

4. 汽车电子：在汽车电子系统中，双向TVS可用于保护ECU（电子控制单元）、传感器和其他电子设备，确保它们在电气干扰或车辆启动时的高电压情况下正常运行。

5. 工业自动化：在工业自动化领域，双向TVS可用于保护PLC、机器人控制器、传感器网络等设备，确保其稳定运行并延长使用寿命。

正确选择双向TVS二极管对于确保电路的稳定性和安全性至关重要。以下是几个关键的选型原则：

1. 最大箝位电压：要小于电路中允许的最大安全电压。

2. 截止电压VRWM：大于电路的最大工作电压。

3. 最大脉冲功率：要大于最大瞬态浪涌功率。

4. 电容值：对于数据接口的电路保护，还需注意选取具有合适电容的TVS二极管。比如：当信号频率或传输速率较高时，应选用低电容系列的TVS管。

5. 电路类型：直流电路主选单向TVS二极管；交流电路主选双向TVS二极管；多线电路保护选用TVS阵列更有优势。

6. 温度范围：考虑温度变化，正常而言，瞬态抑制二极管在-55°C到150°C之间工作。

双向TVS二极管的型号通常由三部分组成：系列名+电压值+单/双向符号。例如，SMBJ15A表示峰值脉冲功率为600W的双向TVS二极管，击穿电压为15V。

双向TVS二极管凭借其快速响应、高浪涌吸收能力和双向保护特性，已成为现代电子设备中不可或缺的保护元件。随着电子设备对可靠性和稳定性的要求不断提高，双向TVS二极管的应用前景将更加广阔。对于电路设计工程师来说，深入了解其工作原理和选型要点，将有助于设计出更加安全可靠的电子系统。