什么是TVS二極管

導語：

雷擊浪涌和電氣過壓組件有氣體放電管、陶瓷放電管、壓敏電阻、瞬態(tài)電壓抑制器(Transient Voltage Suppressor，TVS)。放電管的耐電流能力很強，但是其反應速度慢，箝制電壓也非常高；壓敏電阻的寄生電容大，導通電阻也高，且低電壓的壓敏電阻漏電流大；而利用半導體工藝制作的TVS二極管具有漏電小、響應速度、箝位電壓低的優(yōu)點，本文介紹TVS二極管的特點和保護原理。

正文：

TVS二極管是固態(tài)pn結(jié)器件，經(jīng)過特殊設計用于保護敏感半導體電路免遭瞬態(tài)過壓的影響而損壞。TVS二極管的電路符號圖如圖1所示。此器件的電性能主要取決于結(jié)面積、摻雜濃度和襯底電阻。TVS二極管抗浪涌功率和浪涌電流的能力與結(jié)面積成正比例。TVS二極管依賴大面積的pn結(jié)來汲取高瞬態(tài)電流。TVS二極管的IV特性曲線與齊納二極管類似，只不過TVS二極管是為抑制瞬態(tài)電壓而特別設計的，而齊納二極管的主要作用是穩(wěn)壓。

(a)             (b)

圖1  TVS二極管的電路符號 (a)單向; (b)雙向.

如圖2所示，TVS二極管與被保護電路并聯(lián)，在電路正常工作情況下，TVS二極管相對被保護電路而言為高阻態(tài)，理想情況下，TVS二極管對外表現(xiàn)為開路，不過實際上TVS二極管上還是有非常小的漏電；當電路遭遇瞬態(tài)過壓，TVS二極管的pn結(jié)發(fā)生雪崩擊穿，為瞬態(tài)電流提供一個低阻通路，因此，瞬態(tài)電流將通過TVS二極管被旁路，不會損壞被保護電路。落在被保護電路上的電壓被限定為TVS二極管的箝位電壓。瞬態(tài)過壓事件過后，TVS二極管又回復到高阻狀態(tài)。只要器件工作在其標稱值內(nèi)，TVS二極管就不會損壞或者出現(xiàn)電性能上的退化。

圖2  TVS二極管工作原理

TVS二極管最基本的特性是響應時間，理論上雪崩擊穿發(fā)生的時間為1ps，即TVS二極管的響應時間是ps級的，然而，這個量級是很難測試的。因此，TVS二極管的響應被認為幾乎是瞬間的。TVS二極管極快的響應時間意味著，任何電壓過沖主要是由于線電感和PC板布線造成的。市面上的各類TVS二極管可以涵蓋大范圍的工作電壓，如傳統(tǒng)分立TVS器件的電壓范圍為5V到440V。隨著TVS技術的革新，市面上也逐漸出現(xiàn)了用于2.8V、3.3V芯片瞬態(tài)過壓保護的TVS器件。

TVS二極管快速的響應時間和低的箝位電壓使得它們成為集成電路芯片板級保護的理想器件。如圖3所示，為我司TVS產(chǎn)品SuperESD 0524P/2510的等效電路圖，可用于四路數(shù)據(jù)和信號線的瞬態(tài)過壓防護，如圖4所示。此產(chǎn)品具有極低容值、高靜電防護等級、極低導通電阻和一定的雷擊浪涌防護能力，可應用于HDMI、USB 2.0、USB 3.0、DVI等接口。該產(chǎn)品已經(jīng)供貨給多家企業(yè)銷售或應用，產(chǎn)品性能穩(wěn)定。

圖3 SuperESD 0524P/2510電路圖

圖4 SuperESD 0524P/2510的連接方式