一、什麼是TVS二極體
二極體有很多,對於普通的二極體大家應該都很熟悉,但是對於有些用在特殊場合的二極體可能比較陌生,那麼什麼是TVS二極體呢,為什麼在接入電路時候二極體的陰極要接在電源的正極?
其實TVS是一種瞬態抑制二極體,顧名思義,就是能夠瞬間抑制高能量的二極體,結合壓敏電阻可能比較好理解,這種二極體是一種鉗位二極體,類似於穩壓管,它也起到鉗位作用,它的原理就是在反向電壓作用下能將高瞬態能量迅速降至最低值,將電壓鉗位到一定值,從而保護後級元器件或者對ESD敏感的設備。雖然TVS管類似於穩壓二極體,但是兩者也不完全一樣,就比如PN結,TVS二極體比穩壓二極體組成的PN結面積大,因此它能承受的反向電流也就比穩壓二極體的大,TVS二極體正向浪湧電流甚至能達到上百安,例如對於TVS二極體5KP54,它的最大脈衝電流可達到50A,這是穩壓二極體不能比擬的,另外TVS二極體瞬時脈衝功率高達千瓦級別,而穩壓二極體功率一般也就幾瓦。
這種鉗位二極體有單向也有雙向,如下圖是單向和雙向抑制二極體符號。一般單向TVS管用來保護直流電壓,在直流場合見的較多,注意接入電路時候它的負極接在電壓的正極;而雙向的TVS管可以看做是由兩個單向的TVS反接而成,它在電路當中可以不必考慮電壓正負,因為它正向反向都能起到抑制作用,因此如果電路有可能來自兩個方向衝擊電壓時候,需要考慮用雙向TVS管,一般應用於交流場合,例如防雷、電源電壓抑制等。
如下圖是單向TVS和雙向TVS二極體封裝圖,單向TVS二極體白色的一端是負極
除了單向和雙向這兩種之外有些還是集成晶片形式出現,如下圖是有四路的TVS二極體組成的陣列晶片,這種集成晶片集成度比單個高,這樣避免放入多個單個TVS管,一般這種集成的晶片多用於各種高速信號處理電路以及數據接口電路,例如USB接口、各種差分信號接口、視頻接口等。
二、TVS二極體特性曲線圖
如圖的電壓-電流曲線圖,是不是有點熟悉,是的,類似於穩壓二極體的曲線圖,對於TVS二極體我們很多時候是關注它能工作的鉗位電壓,當電流達到一定值,也就是能達到使TVS二極體最小擊穿電壓VBR時,到達最大箝位電壓VC時候處於峰值,也就是TVS兩端出現的最大電壓值。
三、TVS二極體應用
TVS瞬態抑制二極體不僅可以用於直流,也可以用於交流,廣泛用於各類消費類電子設備ESD防護、家用電器防雷、通訊設備、電源、計算機系統、UPS系統等。如下圖是在通訊設備方面的應用,對於ESD比較敏感的通訊設備採用TVS二極體,注意系統要良好地接地。