什么是瞬态电压抑制器（TVS）二极管？

在此演示中，我将概括介绍 TVS 二极管以及您为何需要这些二极管 来保护集成电路。 瞬态电压抑制器二极管， 通常称为TVS 二极管， 是用于保护敏感电路 免受高电压瞬变损坏的组件。 高电压瞬变的主要来源是 静电放电、电气快速瞬变 和浪涌事件。 选择 TVS 二极管来保护 USB 等 外部接口时，您可能需要特别关注 几个关键参数。 首先需要关注的参数是 反向关断电压。 反向关断电压 是您不希望数据或电力线超过的工作电压。 例如，如果您的数据信号范围是 0 至 5 伏， 则希望 TVS 二极管的反向关断电压为 至少 5 伏，以确保正确的数据传输。 需要考虑的第二个参数是击穿电压。 击穿电压用于定义 在 TVS 二极管开始 向地面传导大量电流并提供 瞬态保护时的电压限制。 通常情况下，您希望击穿电压 略高于反向关断电压， 以便尽快开始瞬态保护。 您需要关注的第三个参数是 钳位电压。 钳位电压是 系统将在高电压瞬变期间看到的较低电压。 需要考虑的最后一个关键参数 是 TVS 二极管将添加到数据线的 电容量。 对于高速接口， 您需要选择具有较低电容的 TVS 二极管， 以确保正确的数据传输。 您可使用右侧表格作为指南 我们已讨论TVS 二极管是什么 以及如何进行挑选。 但是，该二极管在 ESD 等瞬变期间如何进行响应呢？ 假设将 8,000 伏的ESD 冲击 施加到受保护 USB 2.0端口的数据线。 高电压瞬变将迅速 超过 TVS 二极管的击穿电压并将其激活。 TVS 二极管随后将开始向地面传导电流 并使其远离USB 2.0 收发器， 从而降低提供给 较敏感 USB 2.0 收发器的电压。 当 ESD 事件结束后， USB 2.0 连接器处的电压将回到击穿电压以下， TVS 二极管将停止传导电流， 并将恢复正常的数据传输。 查看半导体器件的产品说明书时， 您经常会看见人体模型，亦即 HBM，和充电器件 模型，亦即 CDM，的 ESD 额定值。 HBM 额定值表明 芯片对人工操作所带来的ESD 损坏的耐受程度， 而 CDM 额定值则与 芯片在自动生产过程中抵御 ESD 损坏的能力相关。 采用 1 纳秒标准脉冲的2,000 伏 CDM ESD 测试 将产生 2A 至5A 的电流， 相应的半导体器件将需要能够承受 此电流。 采用 150 纳秒标准脉冲的2,000 伏 HBM ESD 测试 将产生大约1.3A 的电流， 相应的半导体器件将需要能够承受此电流。 使用外部 TVS二极管的优点在于， 它们通常能够提供四级 IEC ESD 保护。 在 8,000 伏四级 IEC ESD 触点测试期间， 将存在 1 纳秒的脉冲， 后跟一个 50 纳秒的脉冲。 此外，TVS 二极管在 IEC 测试期间 处理的电流将 大大超过 CDM 或 HBM 测试期间产生的电流。 这让采用 IED 级保护的可靠 TVS 二极管解决方案 成为保护系统免受高电压瞬变损坏的最佳方式。 压敏电阻器和齐纳二极管 有时用于提供 ESD 保护。 但是，左侧的图形显示， 这些器件具有较高的钳位电压， 需要更长时间才能耗散 ESD 能量。 曲线下方的区域是不需要的 ESD 能量。 TVS 二极管能够最高效地处理该能量。 下面是一些其他信息， 供您了解 TI 基于 TVS 的ESD 保护解决方案。 敬请继续关注保护相关主题的其他 培训。