作者：Isaac Sibson，Diodes公司汽车运用工程师
在设计、生产或维修环境中利用集成电子器件的任何人都熟习防静电或静电放电（ESD）腕带，并知道其目的是在将IC插入或插入PCB之前保护IC。制造商完备理解静电放电（ESD）在生产过程中和生产后可能造成的破坏。同样，在工业和汽车等恶劣环境中，由自然征象（如雷击）以及电气操作环境人为产生的瞬态电压持续存在的威胁尤为明显。单个瞬态很随意马虎破坏或毁坏敏感电子元件，而纵然是中等能量的噪声（无用旗子暗记）也可能导致数字通信传输的严重中断。
在存在高电压的地方，瞬变可以作为瞬时或连续的浪涌发生，并且可以不受滋扰地通过PCB线迹和电缆传播。瞬时浪涌很随意马虎达到3kV，而且在切换电感负载时也会发生，这是由于继电器操作或电机启动或停滞等大略的缘故原由。由于大多数当代集成电路都是在低直流电压下事情的，瞬变对集成电路和数字旗子暗记是一种常见的威胁，目前在各个领域的运用中都存在。
抗电压浪涌瞬态电压抑制器（TVS）是一种固态器件，其设计目的是为瞬态电压供应低阻抗路径，但在所有其他韶光供应高阻抗路径。这使得电源电压和旗子暗记可以按预期事情，但险些可以立即安全地抑制任何高电压，保护敏感部件。
TVS实际上是一种PN结二极管，当阴极上的电位超过预定水平时，它被设计成雪崩模式。所选的电平将取决于运用，但关键特性是，连接点在不到一纳秒的韶光内尽可能快地断开。它常日与负载平行放置在0V和供电轨上，在地和单端旗子暗记之间，或穿过一对差分旗子暗记。
虽然它可能类似齐纳二极管，但TVS的设计略有不同。齐纳二极管的设计是为了在精确定义的电压下重复和连续地在击穿模式下事情，供应稳定的参考或作为限定器事情。估量它将一贯在该模式下运行，此时的电压大于电压上限，并且能够承受通过该模式的适度持续电流。另一方面，TVS的设计不适宜任何韶光长度的传导；相反，它的设计是为了在较短的韶光内迅速分解并接管更多的能量，这与浪涌或瞬态电压的波形相称。
虽然齐纳二极管常日是在特定的电压水平下，但TVS是基于额定事情电压的。例如，这意味着，为了保护在3.3V下运行的微掌握器，可以利用3.3V的TVS。在这种情形下，规定的实际参数是反向事情电压（VRWM），定义为担保器件不会通过超过最小规定泄露电流（例如小于10微安）的电压。换句话说，VRWM是指TVS对电路别的部分的影响可以忽略不计的电压。
干系的击穿电压参数（VBR是指器件将至少传导规定的最小电流（如10mA）的点）。
关键的理解是：
VRWM的导电性担保小于IR（例如1-10微安）
在IT处丈量的VBR（例如，10mA）
如图1中的虚线所示，VBR可以有一个公差，因此必须考虑与受保护电路干系的这种变革。该器件的峰值脉冲功率极限（PPK）可以在TVS的传输特性上找到，如图2所示。传输曲线与PPK相交的点表示器件的最大钳位电压（VC）和最大峰值电流（IPP）。
图1：TVS的设计与齐纳二极管的事情办法不同，并且事情韶光更短。
图2：范例TVS 的传输特性
脉冲的长度是一个主要的考虑成分，由于这决定了能量的接管量。标准持续韶光和幅度脉冲在国际标准中定义，包括IEC 61000和IEC 61643。前者包括由静电放电和雷击引起的快速浪涌，并在功率曲线上定义了两个干系点：8μs（T1）和20μs（T2）——这些常日称为8/20。后一个标准处理具有更高能量水平的较慢的浪涌，例如感应负载可能发生的浪涌。本标准的韶光间隔为10/1000，相称于10微秒（T1）和1000微秒（T2）。这些数字用于定义电视性能，如图3所示。把稳t2是从0开始的总运行韶光。
图3a和3b：图3a显示了T1和T2点如何用于定义峰值中的能量，而图3b显示了IEC标准定义的浪涌形
汽车TVS大多数汽车的主电压轨系统是由互换发电机的整流输动身生的12伏直流电，它是感应的，因此也是瞬态电压的潜在来源。随着汽车功能的自动化程度越来越高，它们包括越来越多的小型电机，用于为后视镜、车窗和座椅等功能供应动力。此外，传动系统的电气化也会导致诸如水泵和油泵等机器系统由电动机驱动。所有这些都代表了系统上的感应负载，成为瞬态电压的潜在来源。
可以理解的是，还有一些额外的标准涵盖了汽车环境的浪涌保护，包括ISO 7637-2和ISO 16750。图4显示了这些标准定义的测试脉冲的形状。
电路必须证明它能够处理图4所示的每个脉冲（脉冲没有按比例显示）。为知足这些哀求而进行的设计可能须要利用分布在全体系统中的几个TVS器件。例如，在互换发电机附近可能有一个紧张的负载卸载TVS，其物理尺寸较大，并根据系统的特性进行选择（图5）。剩余能量须要通过每个模块内的赞助TVS保护来花费，应利用系统级方法来定义这方面的哀求。
图4：汽车工业中利用的测试脉冲的表示
图5：汽车运用中TVS器件利用位置的描述。互换发电机和调节器周围的大型器件；电子模块周围的TVS和反极性保护以及数据总线周围的保护
在恶劣的环境中，脉冲曲线下会有一个很大的区域，相应地会有更多的能量被耗散。这在汽车运用中更为明显，规格反响了这一点，特殊是与前面提到的标准中定义的峰值比较时。
用TVS器件保护安全关键旗子暗记随着当代车辆越来越多地利用模块间通信，对诸如CAN、FlexRay和LIN等旗子暗记的汽车合格TVS器件的利用也在增加。这些总线用于在汽车模块之间进行安全关键的通信；旗子暗记可能被低能量噪声中断。这里须要在不影响旗子暗记带宽的情形下保护旗子暗记和模块。由于CAN和FlexRay是差分总线，它们须要一个双向TVS来保护这两条线路。
双向TVS的设计是为了在分轨系统或差分旗子暗记方案中供应对瞬态的保护，以保护旗子暗记免受正负瞬态的影响。这些器件设计成对称或不对称的；前者在两个方向上供应相同的击穿电压水平，而后者具有反向击穿电压，在一个方向上高于另一个方向。
例如，LIN总线将采取不对称的双向TVS，由于由于接地变革，旗子暗记线很随意马虎在-15V和+24V之间颠簸。
结论瞬态电压是敏感集成电路的一个威胁，在某些运用领域（如汽车），它们是不可避免的危险。应对浪涌、尖峰和瞬变保护的寻衅是TVS的事情。
TVS办理方案的选择高度依赖于系统，由于纵然对付相同的终极产品，设计也有很大的差异。一家供应商，如Diodes Incorporated，为垂直行业（包括消费者、工业和汽车）供应广泛的TVS保护，与设计师密切互助，充分理解他们的系统哀求，并为他们推举定制的电视办理方案。通过这种办法，电子系统的每个部分都可以免受危险瞬变的影响，从而供应更高的可靠性和安全性。
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