TVS，即瞬態抑制二極管（Transient Voltage Suppressor） ，是一種新型高效的電路保護器件，在電子電路中起著防浪涌、過電壓保護的關鍵作用。當 TVS 管的兩端經受瞬間的高能量沖擊時，它能以極高的速度（亞納秒級）把兩端間的阻抗值由高阻抗變為低阻抗 ，吸收一個瞬間大電流，將它兩端的電壓箝制在一個預定的數值上，從而保護后面的電路元件不受瞬態高壓尖峰脈沖的沖擊。
TVS 管的外型與普通二極管相似，但其特性卻截然不同。普通二極管主要用于整流、檢波等常規功能，而 TVS 管專注于應對瞬間的過電壓威脅。例如，在日常使用的電子設備中，當遭遇雷擊、靜電放電或者電源的突然波動時，這些瞬間產生的高電壓可能會對設備內部的精密電路造成不可逆的損壞。而 TVS 管就如同一位忠誠的衛士，時刻守護著電路，一旦檢測到異常的高電壓，便迅速行動，將過高的電壓限制在安全范圍內，確保電路中的芯片、晶體管等關鍵元件不受損害。
TVS 管由半導體工藝制成，其核心結構是一個或多個 PN 結 。PN 結是由 P 型半導體和 N 型半導體緊密結合形成的，在它們的交界處，由于電子和空穴的擴散，形成了一個特殊的空間電荷區，這就是 PN 結的基礎。TVS 管可分為單向和雙向兩種類型。單向 TVS 管內部只有一個 PN 結，其特性類似于普通的穩壓二極管，在正向導通時，電流可以順利通過，而在反向電壓達到一定值時，會發生雪崩擊穿現象。雙向 TVS 管則相當于兩個單向 TVS 管背靠背連接，內部有兩個 PN 結，無論電壓是正向還是反向施加，當超過一定閾值時，都會發生擊穿導通 。這種結構使得雙向 TVS 管能夠在交流電路以及電壓極性不確定的電路中發揮有效的保護作用。
在正常工作狀態下，TVS 管處于截止狀態，呈現高阻抗特性。以直流電路中使用的單向 TVS 管為例，它反向并聯在電路中，當電路電壓正常時，TVS 管兩端的反向電壓低于其擊穿電壓，幾乎沒有電流通過，就像一個斷開的開關，對電路的正常工作沒有任何影響，電路中的電流按照原有的路徑流動，各個元件都能穩定運行。
一旦電路遭受過電壓沖擊，情況就會發生急劇變化。當瞬態過電壓超過 TVS 管的擊穿電壓時，它會迅速從高阻抗狀態轉變為低阻抗狀態，就像開關瞬間閉合一樣。此時，TVS 管能夠在極短的時間內（通常在亞納秒級）導通，為過電流提供一條低電阻的通路，使其能夠迅速泄放到地或其他合適的回路中 。在這個過程中，TVS 管的兩端電壓會被鉗制在一個相對較低的水平，即鉗位電壓。這個鉗位電壓是 TVS 管的一個重要參數，它必須低于后級被保護電路所能承受的最大電壓，這樣才能確保后級電路中的芯片、晶體管等精密元件不會因為過高的電壓而損壞。當異常過電壓消失后，TVS 管又會自動恢復到高阻抗的截止狀態，等待下一次可能出現的過電壓沖擊，繼續履行其保護電路的職責。
（一）反向工作電壓 VRM
反向工作電壓（VRWM） 是指 TVS 管在正常工作狀態下，能夠承受的最大反向電壓。這個電壓必須高于電路的正常工作電壓，以確保在正常情況下，TVS 管處于截止狀態，不會對電路的正常運行產生影響。例如，在一個工作電壓為 5V 的直流電路中，我們需要選擇反向工作電壓大于 5V 的 TVS 管，如常見的 6.8V、10V 等規格 。如果選擇的 TVS 管反向工作電壓低于電路的正常工作電壓，那么 TVS 管就會在正常工作時導通，從而影響電路的正常運行，甚至可能導致電路故障。
漏電流（IR）是指在規定的反向工作電壓下，TVS 管中流過的微小電流。在正常工作狀態下，TVS 管處于截止狀態，理論上不應該有電流通過，但實際上由于半導體材料的特性，總會有一些微小的電流存在，這就是漏電流。漏電流的大小直接影響到電路的功耗，尤其是在一些對功耗要求嚴格的低功耗電路中，如電池供電的便攜式設備，需要選擇漏電流極低的 TVS 管。因為漏電流雖然微小，但如果在長時間運行的電路中積累起來，也會消耗一定的電量，縮短電池的使用壽命。一般來說，TVS 管的漏電流通常在微安（μA）甚至納安（nA）級別 。
擊穿電壓（VBR）是 TVS 管的一個關鍵參數，它是指在規定的測試電流下，TVS 管發生反向擊穿時的電壓。當電路中的瞬態電壓超過 TVS 管的擊穿電壓時，TVS 管會迅速從高阻抗狀態轉變為低阻抗狀態，開始導通并吸收過電流。擊穿電壓的準確性對于 TVS 管的保護效果至關重要，如果擊穿電壓設置過低，TVS 管可能會在正常電壓波動時誤動作；如果擊穿電壓設置過高，又可能無法及時對過電壓進行保護。在測量擊穿電壓時，需要注意測量的時間和條件，一般要求測量時間控制在較短的范圍內，如 400ms 以下 ，以避免 TVS 管因長時間通過測試電流而發熱損壞。
鉗位電壓（VC）是指在脈沖峰值電流 IPP 作用下，TVS 管兩端所呈現的最大電壓值。這個電壓必須低于后級被保護電路所能承受的最大電壓，這樣才能確保在過電壓沖擊時，TVS 管能夠將電壓限制在安全范圍內，保護后級電路中的元件不被損壞。例如，后級電路中的芯片能夠承受的最大電壓為 15V，那么我們選擇的 TVS 管的鉗位電壓就必須小于 15V，如 12V、10V 等 。鉗位電壓越低，TVS 管對后級電路的保護效果就越好。在相同的脈沖峰值電流下，不同型號的 TVS 管可能具有不同的鉗位電壓，這也是我們在選擇 TVS 管時需要重點考慮的參數之一。
脈沖峰值電流 IPP 是指在規定的脈沖波形（如 10/1000μs 雙指數波形）條件下，TVS 管能夠承受的最大脈沖電流。這個參數反映了 TVS 管在瞬態過電壓情況下的電流承受能力，當電路中出現瞬態過電流時，TVS 管需要能夠承受住這個電流，將其泄放掉，以保護后級電路。如果瞬態過電流超過了 TVS 管的脈沖峰值電流 IPP，TVS 管可能會因為無法承受過大的電流而損壞，從而失去對電路的保護作用。不同功率和規格的 TVS 管，其脈沖峰值電流 IPP 也會有所不同，在實際應用中，我們需要根據電路可能出現的最大瞬態過電流來選擇合適的 TVS 管，確保其脈沖峰值電流 IPP 能夠滿足要求 。
1. 常規類：常規類 TVS 管如 1.5KE Series、SMC Series、SMBJ Series、SMCJ Series 等，具有廣泛的應用范圍，適用于各類常見的電子設備和電路，如消費類電子產品中的手機充電器、平板電腦主板等，能夠應對一般性的瞬態過電壓保護需求。在手機充電器中，當插拔電源插頭時可能會產生瞬間的電壓波動，常規類 TVS 管可以有效地抑制這些波動，保護充電器內部的電路元件。
2. 車規認證類：車規認證系列 TVS 管，像 SMAJ - AT Series、SMBJ - AT Series、SMCJ - AT Series 等，嚴格符合汽車行業的相關標準，如 AEC - Q101 認證。這類 TVS 管主要應用于汽車電子領域，如汽車的電子控制單元（ECU）、傳感器、娛樂系統等。汽車在行駛過程中，會面臨各種復雜的電氣環境，如發動機點火時產生的電磁干擾、電池電壓的波動等，車規認證類 TVS 管能夠在這種惡劣的環境下為汽車電子設備提供可靠的過電壓保護，確保汽車電子系統的穩定運行。
3. 低容值類：低容值系列 TVS 管，例如 LCE Series、SAC Series、SACA Series、SACB Series 等，其特點是具有極低的電容值。在高速信號傳輸線路中，如 USB 接口、HDMI 接口、以太網接口等，信號的傳輸速率非常高，對信號的完整性要求也很高。低容值的 TVS 管可以在不影響信號傳輸質量的前提下，為這些高速信號線路提供有效的靜電放電（ESD）和瞬態過電壓保護。例如，在 USB 3.0 接口中，信號傳輸速率高達 5Gbps，使用低容值 TVS 管可以防止靜電放電對接口芯片造成損壞，同時又不會對高速信號產生明顯的衰減和失真。
4. 高通流類：高通流系列 TVS 管，如 K1 - 076、KA Series、KB Series、U3K Series 等，具備強大的電流承受能力，能夠在短時間內泄放大量的瞬態電流。在電力系統、工業自動化設備等領域，經常會出現高能量的浪涌沖擊，如雷擊、開關操作等產生的浪涌電流。高通流類 TVS 管可以有效地吸收這些高能量的浪涌電流，保護設備中的電路元件不受損壞。例如，在工業自動化設備中，當電機啟動或停止時，會產生較大的電流沖擊，高通流類 TVS 管可以迅速將這些沖擊電流泄放掉，確保設備的正常運行。
5. 汽車電子系列：專門針對汽車電子應用設計的 TVS 管系列，如 5KPS series、15KPS series、SM5Z series、SM8Z series、SMCJS Series 等。除了具備車規認證類 TVS 管的可靠性和穩定性外，還針對汽車電子系統中的特定應用場景進行了優化。在汽車的照明系統中，TVS 管可以保護 LED 燈珠免受電壓波動和瞬態過電壓的影響；在汽車的音頻系統中，TVS 管可以防止靜電放電對音頻芯片造成損壞，保證音頻信號的質量。
1. 貼片封裝：貼片封裝的 TVS 管具有體積小、重量輕、安裝方便等優點，廣泛應用于現代電子產品中。常見的貼片封裝形式有 SOD - 123、SOD - 323、SOT - 23、SMA（DO - 214AC）、SMB（DO - 214AA）、SMC（DO - 214AB） 等。其中，SOD - 123 和 SOD - 323 封裝尺寸較小，適用于空間受限的小型化電子產品，如藍牙耳機、智能手環等；SOT - 23 封裝則常用于一些對尺寸和功率要求適中的電路中；SMA、SMB 和 SMC 封裝的功率承受能力逐漸增強，適用于不同功率需求的電路，如手機主板、筆記本電腦主板等。貼片封裝的 TVS 管在電路板上占用的空間小，有利于實現電子產品的小型化和高密度集成。
2. 直插封裝：直插封裝的 TVS 管引腳較長，通過插入電路板的孔中進行焊接固定。常見的直插封裝形式有 DO - 41、DO - 15、DO - 201、P600 等。直插封裝的 TVS 管通常具有較高的功率承受能力和較好的散熱性能，適用于一些對功率要求較高或需要承受較大電流沖擊的場合，如工業控制設備、電源模塊等。DO - 41 封裝常用于功率較低的 TVS 管，而 DO - 15、DO - 201 和 P600 封裝則適用于功率較高的 TVS 管。直插封裝的 TVS 管在安裝和更換時相對較為方便，但由于其體積較大，在一些對空間要求嚴格的電子產品中應用較少。
在通信領域，TVS 管起著不可或缺的保護作用。以電話線為例，在雷雨天氣中，電話線容易遭受雷擊，瞬間產生的高電壓可能會對通信設備造成嚴重損壞。據相關統計，每年因雷擊導致的通信設備故障案例眾多，而在這些設備中安裝 TVS 管后，雷擊損壞率大幅降低。TVS 管能夠迅速響應雷擊產生的瞬態過電壓，將其鉗位在安全范圍內，保護電話線路中的調制解調器、語音芯片等關鍵元件。
在光纖通信系統中，雖然光纖本身具有良好的絕緣性能，但在光收發模塊等設備的接口處，仍可能受到電磁干擾（EMI）和靜電放電（ESD）的影響。TVS 管可以有效地抑制這些干擾，確保光信號的穩定傳輸。在一些高速光纖通信網絡中，信號傳輸速率高達 10Gbps 甚至更高，對信號的完整性要求極高。TVS 管的低電容特性使其能夠在不影響高速信號傳輸的前提下，為光收發模塊提供可靠的過電壓保護。
在網絡設備方面，如路由器、交換機等，它們是網絡通信的核心樞紐。這些設備的端口連接著各種網絡線路，容易受到來自外部網絡的過電壓沖擊。在企業網絡中，當遭受網絡攻擊或電源波動時，路由器的端口可能會承受過高的電壓。通過在路由器端口處安裝 TVS 管，可以有效地防止端口芯片被擊穿，保證網絡設備的正常運行，確保企業網絡的穩定通信。
在電源線路中，TVS 管是保護設備免受電源波動影響的關鍵元件。當電網電壓出現瞬間的浪涌或跌落時，TVS 管能夠迅速動作，將過高的電壓鉗制住，或者在電壓跌落時提供一定的緩沖，確保電源輸出的穩定性。在一些工業自動化設備中，電源的穩定性直接影響到設備的正常運行。如果電源受到電網波動的影響，可能會導致設備停機、生產中斷，給企業帶來巨大的經濟損失。而安裝 TVS 管后，可以有效地降低這種風險，提高設備的可靠性和生產效率。
在電源適配器中，TVS 管同樣發揮著重要作用。隨著電子設備的普及，電源適配器的使用越來越廣泛。當插拔電源適配器時，可能會產生瞬間的電壓尖峰，這些尖峰電壓可能會對適配器內部的電路元件造成損壞。TVS 管可以在瞬間將這些尖峰電壓吸收掉，保護適配器中的變壓器、整流二極管、濾波電容等元件，延長電源適配器的使用壽命。
在汽車電子系統中，TVS 管對于保護電子控制單元（ECU）、傳感器等設備至關重要。汽車在行駛過程中，會面臨各種復雜的電氣環境。當汽車啟動或停止時，電池電壓會產生較大的波動；發動機點火時會產生強烈的電磁干擾；此外，汽車還可能遭受靜電放電的影響。這些因素都可能對汽車電子設備造成損害。
以汽車的電子控制單元（ECU）為例，它是汽車的核心控制部件，負責控制發動機、變速器、制動系統等多個關鍵系統的運行。如果 ECU 受到過電壓的沖擊，可能會導致汽車出現故障，甚至危及行車安全。TVS 管可以安裝在 ECU 的電源輸入端和信號輸入端，有效地保護 ECU 免受各種瞬態過電壓的影響。在汽車的傳感器方面，如車速傳感器、溫度傳感器等，它們為汽車的控制系統提供重要的實時數據。TVS 管可以保護這些傳感器免受電磁干擾和電壓浪涌的影響，確保傳感器能夠準確地采集數據并傳輸給 ECU。
在工業自動化設備中，TVS 管能夠抵御電力線干擾和電壓浪涌，確保設備的穩定運行。工業環境中，電力系統的復雜性和電磁環境的惡劣性使得設備容易受到各種干擾的影響。大型電機的啟動和停止會產生電壓浪涌，這些浪涌可能會沿著電力線傳播，對連接在同一電力線上的其他設備造成損害。
在可編程邏輯控制器（PLC）中，TVS 管被廣泛應用于輸入輸出端口的保護。PLC 作為工業自動化控制系統的核心設備，負責接收和處理各種傳感器的信號，并控制執行器的動作。如果 PLC 的輸入輸出端口受到過電壓的沖擊，可能會導致數據錯誤、控制失靈等問題。通過在 PLC 的輸入輸出端口安裝 TVS 管，可以有效地防止這些問題的發生，提高工業自動化控制系統的可靠性和穩定性。在一些自動化生產線上，設備的正常運行對于生產效率和產品質量至關重要。TVS 管的應用可以確保生產線的連續運行，減少因設備故障而導致的生產中斷和損失。
1. 工作電壓：根據被保護電路的正常工作電壓來選擇 TVS 管的反向工作電壓 VRWM ，確保 VRWM 大于電路的最大工作電壓，一般可選擇 VRWM 等于或略高于電路最大工作電壓，例如電路最大工作電壓為 12V，可選擇 VRWM 為 13V 或 15V 的 TVS 管 。若 VRWM 選擇過低，TVS 管可能在正常工作時就被擊穿，影響電路正常運行；若選擇過高，可能無法及時對過電壓進行保護。
2. 功率：TVS 管的額定脈沖功率 PM 必須大于電路中可能出現的最大瞬態浪涌功率。最大瞬態浪涌功率可根據電路中可能出現的最大瞬態電流和電壓來計算。例如，在一個可能出現 50A 瞬態電流，且鉗位電壓為 20V 的電路中，最大瞬態浪涌功率為 50A×20V = 1000W，那么就需要選擇額定脈沖功率大于 1000W 的 TVS 管 。
3. 響應時間：對于一些對過電壓反應速度要求較高的應用，如高速數據通信線路，應選擇響應時間短的 TVS 管。TVS 管的響應時間通常在亞納秒級，但不同型號之間仍存在差異。在高速數據傳輸中，信號的傳輸速率非常快，若 TVS 管的響應時間過長，可能無法及時對瞬態過電壓進行保護，導致數據傳輸錯誤或設備損壞 。
4. 電容值：當 TVS 管用于信號電路保護時，需要考慮其結電容對信號傳輸的影響。特別是在高速信號線路中，如 USB 3.0 接口（信號傳輸速率 5Gbps）、HDMI 接口（信號傳輸速率可達 18Gbps）等，應選擇低電容值的 TVS 管。因為電容會對信號產生一定的衰減和延遲，高電容值的 TVS 管可能會導致信號失真，影響信號的完整性 。
5. 封裝形式：根據電路板的空間和安裝要求選擇合適的封裝形式。貼片封裝適用于空間有限、追求小型化的電子產品；直插封裝則適用于對功率要求較高、需要較好散熱性能的場合。在手機主板等空間緊湊的電路板上，通常會選擇貼片封裝的 TVS 管，以節省空間；而在工業控制設備的電源模塊中，由于需要承受較大的電流沖擊和功率，可能會選擇直插封裝的 TVS 管 。
1. 正確連接：TVS 管通常反向并聯在被保護電路中，確保其極性正確。對于單向 TVS 管，要注意其陰極連接到高電位端，陽極連接到低電位端；雙向 TVS 管則無需考慮極性，但同樣要保證連接正確。如果連接錯誤，TVS 管將無法正常工作，甚至可能損壞 TVS 管和被保護電路 。
2. 靠近保護接口：TVS 管應盡量靠近被保護的接口或元件，以減少線路電感和電阻對保護效果的影響。因為在瞬態過電壓發生時，線路上的電感和電阻會導致電壓的分布不均勻，使 TVS 管不能及時有效地對被保護元件進行保護。將 TVS 管直接安裝在被保護芯片的引腳附近，可以最大限度地縮短保護路徑，提高保護效果 。
3. 良好接地：TVS 管的接地端要確保接地良好，接地電阻應盡可能小。良好的接地可以為瞬態過電流提供一個低電阻的泄放路徑，使 TVS 管能夠迅速將過電流泄放到地，從而保護電路。如果接地不良，接地電阻過大，會導致 TVS 管在導通時，其兩端的電壓升高，無法有效地將電壓鉗制在安全范圍內，影響保護效果 。
4. 考慮溫度影響：TVS 管的性能會受到溫度的影響，在高溫環境下，其漏電流可能會增大，脈沖功率可能會降低。因此，在高溫環境中使用 TVS 管時，需要根據實際情況進行降額使用。例如，在汽車發動機艙等高溫環境中，TVS 管的工作溫度可能會達到 100℃以上，此時就需要選擇能夠在高溫下正常工作的 TVS 管，并適當降低其使用功率，以確保其可靠性 。
5. 避免過載：雖然 TVS 管能夠承受一定的瞬態過電壓和過電流，但如果瞬態能量超過其額定值，TVS 管仍可能會損壞。在實際應用中，要盡量避免 TVS 管承受過大的瞬態能量，可通過合理設計電路、增加限流電阻等措施來降低瞬態能量對 TVS 管的沖擊 。
TVS 瞬態抑制二極管憑借其獨特的技術優勢，在現代電子領域中發揮著不可或缺的作用。它能夠快速響應瞬態過電壓，以亞納秒級的速度將兩端間的阻抗從高阻抗轉變為低阻抗，吸收瞬間大電流，將電壓鉗制在安全范圍內，從而有效保護電子電路中的精密元件免受損壞。
從通信設備到汽車電子，從工業控制到消費電子，TVS 管的身影無處不在。在通信設備中，它確保了信號傳輸的穩定性和可靠性；在汽車電子系統中，它保障了汽車電子設備在復雜電氣環境下的正常運行；在工業控制領域，它提高了自動化設備的抗干擾能力和穩定性。隨著電子設備的不斷普及和應用場景的日益豐富，TVS 管的市場需求也在持續增長。
展望未來，隨著電子技術的不斷發展，TVS 管將朝著更小尺寸、更高抑制能力、更低功耗和集成化的方向發展。在微型化方面，隨著電子產品向小型化、便攜化發展，對 TVS 管的尺寸要求也越來越小，這將促使制造商不斷研發更小尺寸的 TVS 管，以滿足市場需求。在抑制能力方面，隨著電子設備面臨的電壓沖擊越來越復雜和強大，需要 TVS 管具備更高的抑制能力，能夠應對更大的電壓攻擊。在功耗方面，在節能和低碳的大趨勢下，低功耗的 TVS 管將更受歡迎，這將推動 TVS 管在功耗方面的技術創新。在集成化方面，未來的 TVS 管可能會與其他功能元件集成在一起，如濾波器、電容器等，為電路設計帶來更多的便利，提供更全面的保護解決方案。
同時，隨著 5G、物聯網、人工智能等新興技術的快速發展，電子設備的應用場景將更加廣泛，對 TVS 管的性能和可靠性也提出了更高的要求。在 5G 通信設備中，TVS 管需要具備更高的工作頻率和更低的電容，以滿足高速信號傳輸的需求；在物聯網設備中，TVS 管需要具備更好的抗干擾能力和可靠性，以確保設備在復雜環境下的穩定運行；在人工智能設備中，TVS 管需要具備更高的響應速度和精度，以保護設備中的高精度芯片和傳感器。TVS 瞬態抑制二極管作為電子電路保護的關鍵元件，將在未來的電子領域中繼續發揮重要作用，其技術創新和應用拓展也將為電子行業的發展帶來新的機遇和挑戰。
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