TVS二极管原理是什么？TVS二极管PCB布局技巧分享

TVS二极管将是下述内容的主要介绍对象，通过这篇文章，小编希望大家可以对TVS二极管的相关情况以及信息有所认识和了解，详细内容如下。

一、TVS二极管原理

TVS（Transient Voltage Suppressor）二极管，又称为瞬态抑制二极管，是普遍使用的一种新型高效电路保护器件，它具有极快的响应时间（亚纳秒级）和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。

在规定的反向应用条件下，TVS二极管对受保护的线路呈高阻抗状态。当瞬间电压超过其击穿电压时，TVS二极管就会提供一个低阻抗的路径，并通过大电流方式使流向被保护元器件的瞬间电流分流到TVS二极管，同时将受保护元器件两端的电压限制在TVS的箝制电压。当过压条件消失后，TVS二极管又恢复到高阻抗状态。与陶瓷电容相比，TVS二极管可以承受15 kV的电压，但陶瓷电容对高压的承受能力比较弱。5 kV的冲击就会造成约10％陶瓷电容失效，而到10 kV时，其损坏率将高达到60％。

TVS二极管与常见的稳压二极管的工作原理相似，如果高于标志上的击穿电压，TVS二极管就会导通，与稳压二极管相比，TVS二极管有更高的电流导通能力。TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，以10^-12S 量级速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，同时吸收高达数千瓦的浪涌功率。使两极间的电压箝位于一个安全值，有效地保护电子线路中的精密元器件免受浪涌脉冲的破坏。

二、TVS 二极管的 PCB 布局技巧

除了选择合适的 TVS 二极管外，保护的有效性还取决于 PCB 布局本身。下面这个示例中2个双向TVS二极管并联连接到下面的示意图中保护的电路。示意图显示了TVS二极管与MAX3485 收发器的典型连接：

TVS 二极管连接的典型示意图

在 PCB 布局中，应遵循一些重要准则以使 TVS 二极管正常工作。这些包括放置、接地以及在屏蔽层上使用任何无源元件，如电阻或电容。

1、TVS 二极管的放置

由于 ESD 可能发生在电子设备中暴露的导体附近，因此最好将 TVS 二极管放置在这些导体暴露于外部环境的区域附近。下面显示了一个带有 2 针连接器的简单布局示例。

将 TVS 二极管放置在有接收 ESD 脉冲危险的裸露导体附近

PCB 走线具有一些 寄生电感，可能导致 TVS 二极管的钳位电压增加到其指定限值以上。TVS 二极管的走线也应相对于收发器的走线较短，以最大限度地降低阻抗并确保消散浪涌中的过多能量。这将最大限度地减少通向 TVS 二极管的路径中的寄生电感。

2、接地

如果可能，最好将 TVS 二极管连接到与受保护组件不同的接地网。这并不意味着应该拆分地平面。相反，最安全的连接类型是将 TVS 二极管连接到机箱 接地中的金属元件（如果可用），通常通过连接到机箱螺钉或安装孔的迹线进行连接。如果此连接不可用，则可以连接到内部平面。但是，在存在强 ESD 风险的环境中，设备应封装在具有安全金属底盘接地和接地连接的底盘中。

3、消除屏蔽无源

某些组件（如屏蔽连接器）将具有一些额外的金属屏蔽层来保护裸露的导体。连接器上的屏蔽并不意味着机械或热保护，它实际上是为了防止噪声接收和防止 ESD。如果存在 ESD 危险，则可以将屏蔽连接器与 TVS 二极管一起使用。TVS 二极管连接到信号线，连接器上的屏蔽层直接接地。

图：数据线上两个 TVS 二极管的连接示例

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