【導讀】PN結二極管具有正向導通，反向關斷的特性
，通過不同的材料、摻雜、外延以及工藝的改進使其廣泛應用於電力電子行業功率變換與電路保護，TVS二極管具有響應速度快、漏電流小、鉗位電壓穩以及無壽命衰減的特性，從小到信號線靜電防護

，大到電力係統抗雷擊浪湧，TVS都發揮著至關重要的作用。本章對TVS工作機理與核心參數展開分析
，供產品選型參考。

TVS二極管工作原理

TVS二極管
，既瞬態抑製二極管，又叫雪崩擊穿二極管，采用半導體工藝製成的單個PN結或多個PN結集成的器件。TVS二極管有單向與雙向之分，單向TVS二極管一般應用於直流供電電路
，雙向TVS二極管應用於電壓交變的 電路。當應用於直流電路時

，單向TVS二極管反向並聯於電路中
，當電路正常工作時，TVS二極管處於截止狀態（高阻態）
，不影響電路正常工作。當電路出現異常過電壓並達到TVS（雪崩）擊穿電壓時，TVS 迅(xun)速(su)由(you)高(gao)電(dian)阻(zu)狀(zhuang)態(tai)突(tu)變(bian)為(wei)低(di)電(dian)阻(zu)狀(zhuang)態(tai)，泄(xie)放(fang)由(you)異(yi)常(chang)過(guo)電(dian)壓(ya)導(dao)致(zhi)的(de)瞬(shun)時(shi)過(guo)電(dian)流(liu)，同(tong)時(shi)把(ba)異(yi)常(chang)過(guo)電(dian)壓(ya)鉗(qian)製(zhi)在(zai)較(jiao)低(di)的(de)水(shui)平(ping)，從(cong)而(er)保(bao)護(hu)後(hou)級(ji)電(dian)路(lu)免(mian)遭(zao)異(yi)常(chang)過(guo)電(dian)壓(ya)的(de)損(sun)壞(huai)。當(dang)異(yi)常(chang)過(guo)電(dian)壓(ya)消(xiao)失(shi)後(hou)，TVS 阻值又恢複為高阻態。

TVS二極管在結構上改進增大PN結(jie)麵(mian)積(ji)
，使(shi)其(qi)瞬(shun)態(tai)通(tong)流(liu)能(neng)力(li)大(da)大(da)提(ti)高(gao)
，其(qi)摻(chan)雜(za)濃(nong)度(du)與(yu)耐(nai)壓(ya)成(cheng)反(fan)比(bi)與(yu)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)成(cheng)正(zheng)比(bi)，低(di)摻(chan)雜(za)使(shi)得(de)節(jie)點(dian)獲(huo)得(de)更(geng)高(gao)耐(nai)壓(ya)，相(xiang)應(ying)的(de)通(tong)流(liu)能(neng)力(li)變(bian)弱(ruo)，通(tong)過(guo)擴(kuo)大(da)晶(jing)圓(yuan)尺(chi)寸(cun)的(de)方(fang)式(shi)來(lai)能(neng)解(jie)決(jue)高(gao)壓(ya)與(yu)大(da)通(tong)流(liu)不(bu)可(ke)兼(jian)容(rong)的(de)問(wen)題(ti)，同(tong)樣(yang)的(de)也(ye)會(hui)帶(dai)來(lai)成(cheng)本(ben)的(de)增(zeng)加(jia)。

在實際應用中如果無需單向TVS二極管正向導通來實現一定程度的續流
，那麼采用雙向TVS二極管可以達到同樣保護效果，同時還具有防止直流電壓反接而引起的TVS短路燒毀現象。

齊納擊穿與雪崩擊穿

TVS二極管與Zener二極管同樣作為過壓保護， TVS著重浪湧電壓的鉗位保護，具有抗大電流衝擊的能力；Zenerguanzhezhongyuwenyaxiaoguo，juyoulangyongdianliuxiao，baohudianyawendetedian，liangzhezaiyuanliyubaohutexingyousuoqubie
，tongshizaigebieyingyonglingyuyounengyidingchengdudehuhuan。

齊納擊穿

當dang反fan向xiang電dian壓ya增zeng大da到dao一yi定ding值zhi時shi，勢shi壘lei區qu內nei就jiu能neng建jian立li起qi很hen強qiang的de電dian場chang，它ta能neng夠gou直zhi接jie將jiang束shu縛fu在zai共gong價jia鍵jian中zhong的de價jia電dian子zi拉la出chu來lai，使shi勢shi壘lei區qu產chan生sheng大da量liang的de電dian子zi一yi空kong穴xue對dui，形xing成cheng較jiao大da的de反fan向xiang電dian流liu
，產chan生sheng擊ji穿chuan，把ba這zhe種zhong在zai強qiang電dian場chang作zuo用yong下xia，使shi勢shi壘lei區qu中zhong原yuan子zi直zhi接jie激ji發fa的de擊ji穿chuan現xian象xiang稱cheng為wei齊qi納na擊ji穿chuan。

齊納擊穿一般發生在摻雜濃度較高的PN結中。這是因為摻雜濃度較高的PN結

，空間電荷區的電荷密度很大，寬度較窄，隻要加不大的反向電壓，就能建立起很強的電場，發生齊納擊穿。

雪崩擊穿

隨著反向電壓的提高
，空間電荷區內電場增強，通過勢壘區的載流子獲得的能量也隨之增加。當反向電壓接近擊穿電壓Vbr時shi，這zhe些xie有you較jiao高gao能neng量liang的de載zai流liu子zi與yu空kong間jian電dian荷he區qu內nei的de中zhong性xing原yuan子zi相xiang遇yu發fa生sheng碰peng撞zhuang電dian離li，產chan生sheng新xin的de電dian子zi一yi空kong穴xue對dui。這zhe些xie新xin產chan生sheng的de電dian子zi和he空kong穴xue又you會hui在zai電dian場chang的de作zuo用yong下xia
，重zhong新xin獲huo得de能neng量liang

，碰peng撞zhuang其qi它ta的de中zhong性xing原yuan子zi使shi之zhi電dian離li，再zai產chan生sheng更geng多duo的de電dian子zi一yi空kong穴xue對dui。這zhe種zhong連lian鎖suo反fan應ying繼ji續xu下xia去qu，使shi空kong間jian電dian荷he區qu內nei的de載zai流liu子zi數shu量liang劇ju增zeng
，就jiu像xiang雪xue崩beng一yi樣yang，使shi反fan向xiang電dian流liu急ji劇ju增zeng大da，產chan生sheng擊ji穿chuan。所suo以yi把ba這zhe種zhong擊ji穿chuan稱cheng為wei雪xue崩beng擊ji穿chuan。

雪崩擊穿一般發生在摻雜濃度較低
、外加電壓又較高的PN結中。這是因為摻雜濃度較低的PN結，空間電荷區寬度較寬，發生碰撞電離的機會較多。

TVS二極管主要參數:

TVS作為浪湧保護器件
，熟練掌握其關鍵參數能幫助產品選型與設計。這裏以SMC(DO-214AB)封裝大功率8kW產品8.0SMDJ係列為例展開介紹。

耗散功率，正向峰值電流
，正向導通壓降，工作溫度以及熱阻等參數可以在應用中作為參考

，正向導通特性僅限於單向TVS，在一定程度上可以作為小電流泄放回路。

峰值脈衝功率Pppm

TVS二極管通常是10/1000usboxingxiadadaodeshuntaifengzhigonglv，shizuidamaichongdianliufengzhiyuzuidaqianweidianyadechengji
，jianyushijiyingyonghuipengdaogezhongbutongmaichongkuandudelangyongchongji
，guigeshutongbugeichulefengzhimaichonggonglvyumaichongkuanduquxianzuoweishejicankao，congquxiankeyikanchu，suizhemaichongshijiansuoduan
，shunshigonglvdedaotisheng，yizhidianxingdeTVS在脈衝8/20us下的脈衝功率是10/1000us波形下的5~10倍。

TVS二極管雪崩效應具有正溫度係數特性，即溫度越高其漏電流與鉗位電壓越高，同時因為結點溫度的限製
，使得TVS二極管脈衝峰值功率在高溫下需要考慮降額。

截止電壓Vr

TVS 的截止電壓，可連續施加而不引起 TVS損壞的最高工作峰值電壓。TVS符合二極管的反向耐壓特性，電壓越高漏電流越大，因此截止電壓通常是定義在uA級(ji)電(dian)流(liu)下(xia)，此(ci)電(dian)流(liu)幅(fu)值(zhi)並(bing)聯(lian)於(yu)電(dian)路(lu)當(dang)中(zhong)不(bu)會(hui)對(dui)信(xin)號(hao)產(chan)生(sheng)衰(shuai)減(jian)，同(tong)時(shi)長(chang)時(shi)間(jian)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)下(xia)不(bu)會(hui)因(yin)為(wei)漏(lou)電(dian)流(liu)過(guo)大(da)導(dao)致(zhi)過(guo)熱(re)而(er)失(shi)效(xiao)。因(yin)此(ci)在(zai)產(chan)品(pin)選(xuan)型(xing)時(shi)，電(dian)路(lu)的(de)最(zui)高(gao)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)必(bi)須(xu)小(xiao)於(yu)Vr

，否則將會引起TVS動作導致電路異常。

漏電流Ir

漏電流，也稱待機電流。在規定溫度和最高工作電壓條件下
，流過 TVS 反向的最大電流。TVS 的漏電流一般是在截止電壓下測量，對於一些信號端口，漏電流會為控製或通訊線路的電壓信號提供泄放通道
，所以TVS的漏電流越小越好。

擊穿電壓Vbr/測試漏電流It

擊穿電壓是TVS二極管反向截止與雪崩擊穿工作分界線，測試方式為在TVS兩端施加電壓，直到對應的測試漏電流It為1mA或者10mA，此時測出的電壓為擊穿電壓。TVS二極管在生產時存在一致性偏差，通常選定誤差範圍為±5%
，在誤差範圍以外的產品在產品出廠前會被判定為不良品而篩除。

鉗位電壓Vc/峰值脈衝電流Ipp

最大鉗位電壓與峰值脈衝電流構成了TVS二極管浪湧保護能力，即前麵講到的峰值脈衝功率Pppm。TVS 一般選用給定 10/1000μs 峰值脈衝電流波形時， TVS 兩端測得的峰值電壓。對於相同規格TVS，在相同 峰值脈衝電流下的鉗位電壓越小，說明 TVS 的鉗位保護特性越好。

結電容Cj

TVS二極管的結電容與擊穿電壓成反比，擊穿電壓越高
，結電容越小。相比於單向TVS
，雙向TVS因自身等效雙二極管反向串聯的工藝擁有更低的結電容。

眾所周知電容具有隔直通交的效果，通過RC構成時間常數，因此對於高頻信號就需要通過減小等效電阻以及結電容來減少信號衰減。TVS結電容較大通常用於頻率較低的浪湧保護，通過減小芯片尺寸以及串聯的方式可以減小TVS結電容
，但是也帶來了浪湧能力減弱的情況。如下SP3401-02UTG通過整流二極管的搭配與TVS構成串聯回路，實現了不犧牲浪湧能力Ipp 10A下的低結電容Cj 0.35pF。

結電容固然對於信號有所影響，但是好的設計會適當選擇，而不是一味追求低容值，如下來自Littelfuse結電容推薦供參考。

浪湧衝擊保護器件從材料可以分為半導體與非半導體，其中TVS與固體放電管為半導體

，壓敏與氣體放電管為非半導體
，非半導體通過物理變化起到的保護作用都存在壽命衰減的概念；從保護機理可以分為鉗位型與導通型，鉗位型具有殘壓高
、吸收能量大的特點，導通型具有殘壓低、轉移能量大的特點
，壓敏與TVS為(wei)鉗(qian)位(wei)型(xing)，氣(qi)體(ti)放(fang)電(dian)管(guan)與(yu)固(gu)體(ti)放(fang)電(dian)管(guan)為(wei)導(dao)通(tong)型(xing)，導(dao)通(tong)型(xing)隻(zhi)有(you)在(zai)電(dian)壓(ya)過(guo)零(ling)時(shi)才(cai)會(hui)關(guan)斷(duan)
，因(yin)此(ci)適(shi)用(yong)於(yu)交(jiao)流(liu)回(hui)路(lu)，如(ru)果(guo)用(yong)在(zai)直(zhi)流(liu)電(dian)上(shang)，需(xu)要(yao)與(yu)鉗(qian)位(wei)型(xing)器(qi)件(jian)搭(da)配(pei)，或(huo)者(zhe)有(you)個(ge)切(qie)斷(duan)開(kai)關(guan)。

通常產品類別的電氣特性有所區別，因此在產品選型時要根據實際保護機製、可靠性以及成本綜合考慮。在信號端口靜電防護裏麵也會涉及到不同材料
，TVS與聚合物ESD是比較常用的，聚合物與氣體放電管相似，采用尖端放電原理，導電材料換為聚合物
，聚合物ESD具有極低結電容的特點，尤其適用於高頻信號端口防護
，當然現在的TVS通過工藝改進結電容也越做越低。

來源：Littelfuse

作者：Rambo Liu

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息

，版權歸原作者所有。本文所用視頻

、圖片、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

多功能智能高壓鍋

感應式絕對位置傳感器

庖丁解牛看功率器件雙脈衝測試平台

這些功率器件撐起3,000億特高壓建設

Wi-Fi 6/6E升級之旅，FEM前端模塊這個“旅伴”
，你選好了嗎？