隨著電子設備和電路的復雜性不斷增加，電氣系統對電壓的穩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）和電力設備開關等外部或內部因素的瞬態電壓浪涌，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（二極管瞬態電壓抑制器，Transient Voltage Suppressor）二極管應運而生，成為電子系統中重要的保護元件。TVS二極管能在極短時間內響應并抑制突波電壓，保護電路免受損害。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象。突波電壓持續時間很短（一般為納秒到微秒級別），其幅度可以遠超電路設計的最大允許電壓。如果沒有有效的保護，突波電壓會迅速損壞電路中的半導體元件，導致設備故障、系統崩潰，甚至不可修復的硬件損傷。
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。當電路中出現電壓突波時，TVS二極管會立即響應。其工作過程通常分為以下幾個階段：
正常工作狀態：在電壓處于正常工作范圍時，TVS二極管的電阻非常大，相當于開路狀態，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。
突波發生：當電壓突波（如雷擊、電源切換等）超過TVS二極管的擊穿電壓時，TVS二極管會迅速導通，并通過自身的低電阻狀態將多余的電流導向地面，從而限制電壓的幅度。
恢復狀態：突波電壓消退后，TVS二極管會迅速恢復到高阻態，恢復電路的正常工作，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，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。其具體作用體現在以下幾個方面：
快速響應與瞬態電壓抑制：TVS二極管的響應速度非常快，通常可以在皮秒級（ps）內完成從非導通狀態到導通狀態的切換。這使得它能夠在突波發生的瞬間迅速將電流導向地面，將電壓限制在安全范圍內，保護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百伏特，確保電路安全工作。
適應各種突波源：TVS二極管能夠有效抑制由雷擊、電力設備開關、靜電放電（ESD）等因素引起的各種類型的電壓突波。這種多用途的保護能力，使得它成為現代電子設備中不可或缺的保護元件。
提高電路的可靠性和穩定性：通過防止突波電壓引發的損害，TVS二極管能大大提高電子設備的長期可靠性和穩定性。尤其是在高頻率、高速運算和通信設備中，突波電壓的抑制顯得尤為重要。它能夠確保設備在惡劣電氣環境下依然正常工作，從而避免設備頻繁損壞或故障。
4.TVS二極管的應用場景
TVS二極管廣泛應用于各種電子設備中，尤其是在需要防范突波電壓的場合，以下是幾種典型的應用場景：
通信設備：如路由器、交換機、基站等，TVS二極管能夠有效保護設備免受雷擊、電源浪涌、靜電放電等引起的突波電壓，保證信號傳輸的穩定性和設備的可靠性。
計算機和外圍設備：計算機主機、外設、打印機、掃描儀等，TVS二極管在其中起到防護作用，避免靜電放電（ESD）對微處理器、內存、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二極管被廣泛應用于汽車的電控系統中，保護汽車電子設備免受啟動電壓、開關電流以及雷擊引起的電壓突波影響。
家電產品：電視機、音響、冰箱、空調等家電產品中也常用到TVS二極管，防止電源波動、開關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電壓抑制器，在防止電壓突波方面起著至關重要的作用。它能夠迅速響應并有效鉗制電壓，防止突波電壓損害電路中的敏感元器件，從而保護電子設備免受外部電氣干擾的影響。在現代電子設備中，TVS二極管被廣泛應用于各種場合，確保設備的穩定性和可靠性。隨著電子產品的日益復雜和對穩定性的需求日益增加，TVS二極管的作用變得越來越重要，成為現代電氣系統不可或缺的保護元件。