隨著電子設(shè)備和電路的復(fù)雜性不斷增加，電氣系統(tǒng)對電壓的穩(wěn)定性要求也越來越高。突波電壓，尤其是來自雷擊、靜電放電（ESD）和電力設(shè)備開關(guān)等外部或內(nèi)部因素的瞬態(tài)電壓浪涌，可能對敏感的電子元器件造成不可逆損害。為了解決這一問題，TVS（二極管瞬態(tài)電壓抑制器，Transient Voltage Suppressor）二極管應(yīng)運(yùn)而生，成為電子系統(tǒng)中重要的保護(hù)元件。TVS二極管能在極短時間內(nèi)響應(yīng)并抑制突波電壓，保護(hù)電路免受損害。本文將探討TVS二極管在防突波中的作用及其工作原理。
1.什么是突波電壓？
突波電壓，通常是由雷擊、電源切換、靜電放電（ESD）、電磁干擾（EMI）等因素引起的瞬時高電壓現(xiàn)象。突波電壓持續(xù)時間很短（一般為納秒到微秒級別），其幅度可以遠(yuǎn)超電路設(shè)計的最大允許電壓。如果沒有有效的保護(hù)，突波電壓會迅速損壞電路中的半導(dǎo)體元件，導(dǎo)致設(shè)備故障、系統(tǒng)崩潰，甚至不可修復(fù)的硬件損傷。
2.TVS二極管的工作原理
TVS二極管是一種專門設(shè)計來抑制突波電壓的元器件，其工作原理基于二極管的非線性電阻特性。當(dāng)電路中出現(xiàn)電壓突波時，TVS二極管會立即響應(yīng)。其工作過程通常分為以下幾個階段：
正常工作狀態(tài)：在電壓處于正常工作范圍時，TVS二極管的電阻非常大，相當(dāng)于開路狀態(tài)，幾乎不會有電流流過二極管，電路中的電壓也不會受到干擾。
突波發(fā)生：當(dāng)電壓突波（如雷擊、電源切換等）超過TVS二極管的擊穿電壓時，TVS二極管會迅速導(dǎo)通，并通過自身的低電阻狀態(tài)將多余的電流導(dǎo)向地面，從而限制電壓的幅度。
恢復(fù)狀態(tài)：突波電壓消退后，TVS二極管會迅速恢復(fù)到高阻態(tài)，恢復(fù)電路的正常工作，避免長期影響。
TVS二極管通常有兩種類型：單向和雙向二極管。單向TVS二極管用于單極電壓系統(tǒng)，如直流電源；雙向TVS二極管用于交流電壓或信號線中，能夠抑制正負(fù)方向的電壓突波。
3.TVS二極管防突波的作用
TVS二極管在防突波方面的主要作用是快速響應(yīng)并有效抑制突波電壓，以防止其對電路中敏感元件造成損害。其具體作用體現(xiàn)在以下幾個方面：
快速響應(yīng)與瞬態(tài)電壓抑制：TVS二極管的響應(yīng)速度非常快，通常可以在皮秒級（ps）內(nèi)完成從非導(dǎo)通狀態(tài)到導(dǎo)通狀態(tài)的切換。這使得它能夠在突波發(fā)生的瞬間迅速將電流導(dǎo)向地面，將電壓限制在安全范圍內(nèi)，保護(hù)電路中的其他元器件不受損害。
有效鉗制電壓：TVS二極管具有非常好的鉗位性能。當(dāng)電壓超過其擊穿電壓時，它會將電壓鉗制在一個較低的值（稱為鉗位電壓），避免了電壓繼續(xù)升高至可能損壞元器件的程度。例如，常見的TVS二極管可能會將電壓限制在數(shù)百伏特，確保電路安全工作。
適應(yīng)各種突波源：TVS二極管能夠有效抑制由雷擊、電力設(shè)備開關(guān)、靜電放電（ESD）等因素引起的各種類型的電壓突波。這種多用途的保護(hù)能力，使得它成為現(xiàn)代電子設(shè)備中不可或缺的保護(hù)元件。
提高電路的可靠性和穩(wěn)定性：通過防止突波電壓引發(fā)的損害，TVS二極管能大大提高電子設(shè)備的長期可靠性和穩(wěn)定性。尤其是在高頻率、高速運(yùn)算和通信設(shè)備中，突波電壓的抑制顯得尤為重要。它能夠確保設(shè)備在惡劣電氣環(huán)境下依然正常工作，從而避免設(shè)備頻繁損壞或故障。
4.TVS二極管的應(yīng)用場景
TVS二極管廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，尤其是在需要防范突波電壓的場合，以下是幾種典型的應(yīng)用場景：
通信設(shè)備：如路由器、交換機(jī)、基站等，TVS二極管能夠有效保護(hù)設(shè)備免受雷擊、電源浪涌、靜電放電等引起的突波電壓，保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和設(shè)備的可靠性。
計算機(jī)和外圍設(shè)備：計算機(jī)主機(jī)、外設(shè)、打印機(jī)、掃描儀等，TVS二極管在其中起到防護(hù)作用，避免靜電放電（ESD）對微處理器、內(nèi)存、硬盤等部件造成損害。
汽車電子：隨著汽車電子化程度的提高，TVS二極管被廣泛應(yīng)用于汽車的電控系統(tǒng)中，保護(hù)汽車電子設(shè)備免受啟動電壓、開關(guān)電流以及雷擊引起的電壓突波影響。
家電產(chǎn)品：電視機(jī)、音響、冰箱、空調(diào)等家電產(chǎn)品中也常用到TVS二極管，防止電源波動、開關(guān)動作和外界電氣干擾對電路造成損害。
所以，
TVS二極管作為一種瞬態(tài)電壓抑制器，在防止電壓突波方面起著至關(guān)重要的作用。它能夠迅速響應(yīng)并有效鉗制電壓，防止突波電壓損害電路中的敏感元器件，從而保護(hù)電子設(shè)備免受外部電氣干擾的影響。在現(xiàn)代電子設(shè)備中，TVS二極管被廣泛應(yīng)用于各種場合，確保設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。隨著電子產(chǎn)品的日益復(fù)雜和對穩(wěn)定性的需求日益增加，TVS二極管的作用變得越來越重要，成為現(xiàn)代電氣系統(tǒng)不可或缺的保護(hù)元件。