概述

瞬态电压抑制器（TVS二极管）具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、交/直流电源、汽车、家用电器、仪器仪表等各个领域。以下是几种常用的TVS保护电路应用：

1. 电源保护电路

  • 直流电源保护：在直流电源输入端连接一个单向TVS二极管，二极管的阳极接地，阴极接电源输入端。当电源电压超过TVS二极管的击穿电压时，二极管会瞬间导通，将过压能量泄放到地，从而保护电路中的后级元件。
  • 交流电源保护：在交流电源输入端通常连接一个双向TVS二极管，保护正负两个方向的瞬态过电压。这种电路结构适合于交流220V或110V电源输入端，用于防止高电压浪涌或雷击过电压对下游电路的损坏。

2. 信号线保护电路

  • 单向信号保护：在单向信号传输线路（如USB、CAN、UART等）中，TVS二极管的阴极接信号线，阳极接地，用于抑制信号线上的瞬态干扰。例如，USB接口使用单向TVS保护电路，可以防止静电放电（ESD）和过压对芯片的影响。
  • 双向信号保护：在双向信号传输线路（如RS-485、RS-232、CAN等差分信号接口）中，常用双向TVS二极管或多个单向TVS二极管来保护信号线上的正负过电压干扰。例如，RS-485接口使用双向TVS二极管，可以有效抑制外部干扰电压，保护接收器。

3. 数据接口保护电路

  • USB接口保护：USB接口电路通常采用单向TVS二极管用于保护VBUS电源线，同时在数据线D+和D-之间加上小电容的双向TVS二极管，以防止静电放电损坏接口。
  • 以太网接口保护：在以太网接口（如RJ45）中，常采用双向TVS二极管对信号线进行保护。双向TVS二极管可以抑制雷击浪涌电压以及静电放电，保护以太网PHY芯片免受损坏。

4. 继电器、开关感应保护电路

  • 在带有感性负载（如继电器、马达、开关电源）的电路中，瞬态电压在开关动作时产生，并可能对电路的其他部分产生干扰。通过在继电器或开关旁连接一个TVS二极管，可以有效吸收这些瞬态过电压，保护其他元件不受感应电压冲击。

5. ESD保护电路

  • TVS二极管广泛应用于静电保护电路中，尤其是用于直接对外的接口。通过在输入输出端口（如键盘接口、音频接口）上加入TVS二极管，可以将静电放电脉冲导入地，从而避免静电对芯片及敏感元件的损害。

6. DC-DC转换器输入保护

  • DC-DC转换器输入端常受到电源不稳定的影响，因此在输入端加装单向TVS二极管，可以有效吸收输入端的瞬态高电压，防止DC-DC转换器受到高压冲击。

典型的连接方式

  • 单向TVS：阳极接地，阴极接保护线路，适用于直流电源或单向信号。
  • 双向TVS：并联在线路上，不分极性，适用于交流电源或双向信号。

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