什么是TVS二極管

導(dǎo)語(yǔ)：

雷擊浪涌和電氣過(guò)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(qiáng)，但是其反應(yīng)速度慢，箝制電壓也非常高；壓敏電阻的寄生電容大，導(dǎo)通電阻也高，且低電壓的壓敏電阻漏電流大；而利用半導(dǎo)體工藝制作的TVS二極管具有漏電小、響應(yīng)速度、箝位電壓低的優(yōu)點(diǎn)，本文介紹TVS二極管的特點(diǎn)和保護(hù)原理。

正文：

TVS二極管是固態(tài)pn結(jié)器件，經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)用于保護(hù)敏感半導(dǎo)體電路免遭瞬態(tài)過(guò)壓的影響而損壞。TVS二極管的電路符號(hào)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(lái)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(guò)TVS二極管是為抑制瞬態(tài)電壓而特別設(shè)計(jì)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(hào) (a)單向; (b)雙向.

如圖2所示，TVS二極管與被保護(hù)電路并聯(lián)，在電路正常工作情況下，TVS二極管相對(duì)被保護(hù)電路而言為高阻態(tài)，理想情況下，TVS二極管對(duì)外表現(xiàn)為開(kāi)路，不過(guò)實(shí)際上TVS二極管上還是有非常小的漏電；當(dāng)電路遭遇瞬態(tài)過(guò)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(gè)低阻通路，因此，瞬態(tài)電流將通過(guò)TVS二極管被旁路，不會(huì)損壞被保護(hù)電路。落在被保護(hù)電路上的電壓被限定為TVS二極管的箝位電壓。瞬態(tài)過(guò)壓事件過(guò)后，TVS二極管又回復(fù)到高阻狀態(tài)。只要器件工作在其標(biāo)稱值內(nèi)，TVS二極管就不會(huì)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(yīng)時(shí)間，理論上雪崩擊穿發(fā)生的時(shí)間為1ps，即TVS二極管的響應(yīng)時(shí)間是ps級(jí)的，然而，這個(gè)量級(jí)是很難測(cè)試的。因此，TVS二極管的響應(yīng)被認(rèn)為幾乎是瞬間的。TVS二極管極快的響應(yīng)時(shí)間意味著，任何電壓過(guò)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(shù)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(guò)壓保護(hù)的TVS器件。

TVS二極管快速的響應(yīng)時(shí)間和低的箝位電壓使得它們成為集成電路芯片板級(jí)保護(hù)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(hào)線的瞬態(tài)過(guò)壓防護(hù)，如圖4所示。此產(chǎn)品具有極低容值、高靜電防護(hù)等級(jí)、極低導(dǎo)通電阻和一定的雷擊浪涌防護(hù)能力，可應(yīng)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(yīng)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