瞬態電壓抑制器（TVS）二極管保護設計用于特定電壓范圍內工作的電子信號線和接口。超過這些限制會使敏感半導體面臨干擾或永久性損傷。

一種常見的保護方法是這種專用二極管，通常縮寫為TVS。標準的靜電靜電保護設備設計用于高壓、低能量脈沖，持續時間僅為幾納秒。而TVS二極管則用于在持續幾毫秒的高能浪涌中分流并鎖電壓。

TVS二極管與通用的靜電保護有何不同？

TVS二極管作為并聯裝置，與其保護的電路并聯。在正常工作時，它呈現高阻抗，不會干擾系統。然而，在瞬態事件中，如外部浪涌或內部開關事件，二極管會進入雪崩擊穿。

區分通用的靜電靜電保護和TVS二極管非常重要。TVS二極管對持續毫秒的中壓高能脈沖有效。相比之下，標準的靜電靜電器件通常處理高電壓、能量更低、持續時間更短（納秒級）的脈沖。

作過程如下圖1所示。當輸入波形尖峰時，TVS二極管導通，將輸出鉗位至特定極限VCL，并耗散能量。

為什么分立二極管常常不足以實現高速接口？

TVS二極管的工作原理類似于高功率齊納二極管，但優化為更快響應時間和更高的浪涌吸收。它們有單向配置，適用于直流電源線，也有雙向配置，適用于交流信號或雙極數據線。

對于高速數據接口，如USB 3.x或HDMI，分立二極管可能會引入過高的寄生電容。在這些應用中，通常使用TVS二極管陣列。

如圖2所示，二極管陣列采用軌對軌架構。它采用連接數據線（I/O 1和I/O 2）的低電容導向二極管，以及連接到電源軌V的中央TVS二極管DD，或者說接地。

這種配置使中央TVS能夠管理能量耗散，而轉向二極管則保持高帶寬數據傳輸所需的信號完整性。

感應振鈴對電力傳輸有什么影響？

USB供電（USB-PD）由于功率更高（最高240W）和電壓（最高48V）而引入了額外的考慮因素。這些條件使感應振鈴更容易發生。

當攜帶高電流的USB電纜斷開時，電纜的電感可能產生明顯高于標稱總線電壓的電壓突升。例如，一條20伏的線路可能會暫時飆升至50伏。如果沒有保護，這種浪涌可能會損壞下游的電源管理集成電路。

下圖3展示了這一效應。左圖顯示了在無保護插頭事件中VBUS線路的電壓過沖。右圖顯示了安裝TVS二極管（TI的TVS2200）后發生的相同事件，該二極管將電壓鉗位約為28V。

總結

TVS二極管是電路保護的重要組成部分。正確的選擇包括理解靜電放電（ESD）和浪涌事件的區別，并評估如箝位電壓和電容等參數。無論是用低電容陣列保護高速數據通道，還是管理電軌上的感性尖峰，這些設備都有助于設計抵御電氣瞬變。