瞬态电压抑制器

瞬态电压抑制器（TVS）是一种重要的半导体器件，专为保护电子设备免受瞬态电压的损害而设计，如静电放电、雷击等^[1][6][7]^。其核心功能在于，通过快速响应将过电压导向地线或电源，从而防止敏感元件被损坏^[6][7]^。下面，我们将从结构、原理、应用、测试方法以及市场和厂商等方面对其进行详细介绍。

一、结构与类型

TVS的器件结构典型地由多层半导体材料构成，包括衬底硅层、预基硅层以及不同极性的硅基层等。其中，双向TVS通过极性相反的层结构，实现了双向电压抑制的能力^[1]^。

根据对瞬态电压的抑制方向，TVS可分为单极型和双极型两种。单极型仅对单一方向的瞬态电压进行抑制，而双极型则可进行双向抑制，因而更适用于交流或正负交替电压的环境^[5][6]^。TVS的寄生电容也是选择时需要考虑的重要因素。寄生电容需根据信号速率来选择，以确保TVS能在纳秒级时间内响应瞬态事件。例如，高速接口就需要低电容的设计^[7]^。

二、工作原理

当电路中的电压超过TVS的击穿阈值时，TVS的阻抗会迅速降低，形成一个低阻抗通路，从而分流过压能量^[6][7]^。在正常工作状态下，TVS呈现高阻断开状态，几乎不影响电路的正常运行^[7]^。反向击穿电压（钳位电压）的设定需低于被保护器件的耐受极限，以确保电路安全^[3][7]^。

值得一提的是，稳压二极管虽然也可用于稳定持续电压，但与专为瞬态脉冲设计的TVS相比，其响应速度和功率处理能力都无法与TVS相提并论^[3][5]^。

三、应用场景

TVS因其快速响应和高能量吸收能力，被广泛应用于多个领域。在通信设备中，它可用于RS-485、以太网、USB等接口的静电保护；在汽车电子领域，它可保护CAN总线、LIN总线等车载系统免受过压损害；在消费电子领域，它可防止智能手机、快充端口等因ESD造成的损伤；它还可用于工业控制中的电源系统和传感器电路的浪涌抑制^[5][7]^。

四、测试方法

测试TVS的性能和品质主要可通过三种方法。可使用万用表测试其正反向电压。在正常情况下，正向压降约为0.6V，反向则接近无穷大^[2]^。可使用示波器测试TVS的削峰效果，通过观察输入瞬态信号后的波形变化来判断TVS是否有效钳位^[2]^。通过瞬态电压发生器模拟冲击，检测TVS的导通状态及反应时间^[2][7]^。

五、市场与厂商

近年来，随着电子设备需求的增长，TVS市场不断扩大。以中国市场为例，2023年其市场规模已达49.72亿元，预计全球市场在2029年将增至180.24亿元，年复合增长率达4.69%^[5]^。市场上主要的TVS供应商包括Littelfuse、Vishay等国际大厂以及国内的一些企业如浪拓电子等^[5][7]^。在选择TVS时，需综合考虑工作电压、寄生电容、钳位电压等参数以及是否符合IEC 61000-4-2 Level 4等标准^[7]^。

TVS是现代电路保护中不可或缺的元件。其设计需结合具体的应用场景、电压等级和信号特性，以确保电路的安全和稳定运行^[5][6][7]^。