一、关于TVS

TVS：电子电路保护中的 “利器” ——TVS 管。主要是保护重要元件不被浪涌电压冲坏。

二、TVS 管的定义与工作原理

定义：TVS 管即瞬态电压抑制二极管，是一种特殊的硅雪崩二极管。它通常并联在被保护电路的两端，当电路正常工作时，处于高阻态，几乎不工作；而当电路出现瞬态过电压时，能迅速动作，将过电压箝位到安全范围内，从而保护后续电路免受过电压的冲击。
工作原理 ：TVS 管的工作原理基于 PN 结的雪崩击穿效应。当外加电压超过其击穿电压时，PN 结会迅速发生雪崩击穿，TVS 管的阻抗在瞬间（皮秒级）由高阻态转变为低阻态，吸收大量的瞬态电流，并将其两端电压箝位在预设的数值上，阻止过电压对后续电路造成损害。当瞬态过电压消失后，TVS 管又能迅速恢复到高阻态，不影响电路的正常工作。

三、TVS 管的主要特性参数

最小击穿电压（VBR） ：在规定的试验电流（一般为 1mA）下，TVS 管发生击穿时两端的电压值。它是选择 TVS 管的重要参数之一，应根据被保护电路的工作电压来确定，一般要求 VBR 大于被保护电路的最高工作电压。
反向断态电压（VRWM） ：TVS 管最大连续工作的直流或脉冲电压，在此电压下，TVS 管处于反向关断状态，流过的电流应小于或等于其最大反向漏电流。VRWM 一般为 VBR 的 0.8 - 0.9 倍。
脉冲峰值电流（IPP） ：在规定的脉冲波形（如 10/1000μs 双指数波形）条件下，TVS 管允许通过的最大浪涌电流。IPP 反映了 TVS 管能够承受的最大瞬态电流能力，选择时应根据电路中可能出现的最大瞬态电流来确定。
最大箝位电压（VC） ：当脉冲峰值电流 IPP 流过 TVS 管时，其两端出现的最大电压值。VC 和 IPP 共同反映了 TVS 管的浪涌抑制能力，VC 越小，说明 TVS 管对电压的箝位效果越好，对后续电路的保护就越充分。通常 VC 与 VBR 之比称为箝位因数，一般在 1.2 - 1.4 之间。
脉冲峰值功率（PPP） ：脉冲峰值电流 IPP 与最大箝位电压 VC 的乘积，即 PPP = IPP × VC，它是 TVS 管能承受的最大峰值功率。在给定的最大箝位电压下，PPP 越大，TVS 管的浪涌电流承受能力就越强。
结电容（CJ） ：TVS 管在特定频率（通常为 1MHz）下测得的结电容，它是由其硅片的雪崩结截面和偏置电压决定的。CJ 的大小与 TVS 管的电流承受能力成正比，但在信号线路中，过大的结电容会导致信号衰减，因此在高频信号线路的保护中，应优先选用低结电容的 TVS 管。
漏电流（IR） ：在最大反向工作电压施加到 TVS 管上时，流过的漏电流。当 TVS 管用于高阻抗电路时，漏电流是一个重要的参数，过大的漏电流可能会影响电路的正常工作。

四、TVS 管的分类

按极性分类 ：可分为单极性和双极性两种。单向 TVS 管一般用于直流电路，其正向特性与普通稳压二极管相同，反向击穿拐点处近似 “直角” 的硬击穿为典型的 PN 结雪崩；双向 TVS 管可在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率，适用于交流电路，其正反两个方向都具有相同的雪崩击穿特性和箝位特性。
按用途分类 ：有通用型和专用型之分。通用型 TVS 管适用于多种常见的应用场景；专用型 TVS 管则是针对特定的电路或设备要求而设计，具有更优化的性能参数，如在某些对响应速度、箝位精度等有特殊要求的场合使用。
按封装和内部结构分类 ：常见的有轴向引线二极管、双列直插 TVS 阵列、贴片式和大功率模块等形式。轴向引线的产品峰值功率相对较低，适用于一些小型化、低功率的电路；而大功率模块则主要用在电源馈线上，能够承受较高的功率；贴片式封装便于高密度安装，在一些空间受限的场合应用广泛。

五、TVS 管的应用案例

通讯接口保护 ：在手机、电脑等电子设备的 USB 接口、HDMI 接口等通讯接口处，常使用 TVS 管来防止静电放电（ESD）对接口电路的损坏。因为这些接口经常暴露在外面，容易受到外界静电的干扰，一旦静电电压超过接口电路的承受能力，就可能导致接口芯片损坏，而 TVS 管能够在瞬间将静电电压箝位到安全电压范围内，保护接口电路的正常工作。
电源线路保护 ：在电源适配器、开关电源等电源设备中，TVS 管可用于保护电源电路免受雷击浪涌、负载突变等产生的瞬态过电压的影响。例如当外部电网出现雷击或其他原因引起的高压浪涌时，TVS 管能迅速响应，吸收浪涌能量，将电源线路中的电压限制在电子元件可承受的范围内，避免电源电路中的芯片、电容等元件因过电压而损坏，确保电源设备的稳定运行。

六、TVS 管的选型指南

工作电压选取 ：首先要明确被保护电路的正常工作电压范围，然后选择 TVS 管的最大反向工作电压 VRWM，应使其大于等于被保护电路的最高工作电压，以确保在正常工作情况下 TVS 管处于高阻态，不影响电路的正常运行。
击穿电压选择 ：根据选定的 VRWM，确定 TVS 管的击穿电压 VBR。一般情况下，VBR 可选择为 VRWM 的 1.1 - 1.2 倍左右，这样既能保证在正常工作电压下 TVS 管不动作，又能在出现瞬态过电压时及时击穿，实现保护功能。
最大峰值脉冲电流确定 ：依据电路中可能出现的最大瞬态电流来选择 TVS 管的 IPP。如果 IPP 过小，TVS 管在面对大瞬态电流时可能会被烧毁；而 IPP 过大则可能导致 TVS 管的尺寸过大、成本过高。因此，需要综合考虑电路的实际应用场景和可能出现的最恶劣情况，合理选择 IPP 参数。
考虑结电容和漏电流 ：对于高速信号线路或高阻抗电路，需重点考虑 TVS 管的结电容 CJ 和漏电流 IR 参数。在保证满足电压、电流等基本保护要求的前提下，应尽量选择结电容小、漏电流低的 TVS 管，以减少对信号传输和电路正常工作的干扰。

七、TVS 管的布局与布线注意事项

靠近保护对象 ：在 PCB 布局时，TVS 管应尽量靠近被保护的电路或接口端口，以缩短线路长度，减少线路寄生电感和电阻对 TVS 管箝位效果的影响，提高保护效果。一般要求 TVS 管与接口端口之间的最大距离控制在一定范围内，如对于一些高速信号接口，建议距离不超过 3cm。
接地良好 ：确保 TVS 管有良好的接地，通常将其接地端就近连接到地平面，且接地线路要尽可能短、宽，以降低接地电阻，提高泄放电流的能力，增强 TVS 管的保护性能。
避免线路迂回 ：TVS 管的布线应简洁、直接，避免线路迂回、交叉，防止信号反射和干扰的产生。在多层 PCB 设计中，可利用地平面和电源平面作为屏蔽层，减少电磁干扰对 TVS 管和被保护电路的影响。

简单讲讲TVS