深入理解TVS二极管：工作原理、选型指南与典型应用案例

TVS二极管的工作原理详解

TVS二极管基于PN结的雪崩击穿机制，在正常工作状态下呈现高阻抗，不导通；当瞬态电压超过其阈值时，迅速进入导通状态，将过电压能量泄放到地，从而保护后级电路。

1. 双向与单向TVS二极管的区别

单向TVS：仅对正向过压提供保护，常用于直流电源线路，如+5V、+12V供电。

双向TVS：对正负两个方向的瞬态电压均能响应，广泛应用于交流信号线、差分信号传输（如RS485、CAN总线）。

2. 关键参数解读

• 钳位电压（Clamping Voltage, Vc）：在最大峰值脉冲电流下的最大电压，应低于被保护器件的最大承受电压。
• 峰值脉冲功率（Pppm）：表示器件能承受的最大瞬时能量，单位为瓦特（W）。例如，1500W的TVS可承受10/1000μs的浪涌冲击。
• 响应时间（Response Time）：典型值为1~3ns，远快于传统保险丝和压敏电阻。
• 静态漏电流（I_R）：正常工作时的微小反向电流，越小越好，影响功耗。

典型应用案例分析

案例一：工业控制系统的信号隔离保护

在工业自动化中，传感器信号线易受电磁干扰或雷击影响。通过在模拟信号输入端并联一个双向TVS二极管（如SM712A），可有效抑制±200V级别的瞬态电压，保障PLC输入模块安全运行。

案例二：消费类电子产品中的USB接口防护

智能手机、平板电脑的USB Type-C接口极易因插拔不当引发静电损伤。在该接口的D+/D-线上配置高速响应的TVS二极管（如SMBJ5.0A），可承受高达6000V ESD冲击，满足IEC 61000-4-2标准。

选型建议清单

1. 确定工作电压范围，选择额定电压高于系统电压10%-20%的型号。
2. 根据预期浪涌能量选择合适峰值功率等级。
3. 优先选用符合AEC-Q101（车规）或IEC 61000-4-2标准的产品。
4. 注意封装形式是否适配PCB布局，避免焊接不良。

注意事项

虽然TVS二极管性能优异，但仍需注意：

• 不可重复承受超过额定能量的冲击，否则会永久失效。
• 避免与其他非线性元件（如压敏电阻）串联使用，可能导致保护失效。
• 高温环境下需重新评估其热稳定性与降额系数。