TVS二極管

雪崩二極管(與齊納二極管類似，圖3)是能夠抑制所有超出其擊穿電壓的鉗位器件。它們能夠吸收較高的能量，保護電子電路免遭尖峰電壓和拋負載的破壞。這些二極管具有快速開啟、緩慢關斷特性。與其它過壓保護器件(如：可變電阻)相比，雪崩二極管對過壓事件的響應速度更快。其性能指標不會隨著使用壽命的延長以及瞬態電壓作用次數的增多而降低。在其擊穿電壓附近，雪崩抑制二極管具有較大的漏電流。這類二極管通常表示為Transil?、TransZorb?或簡稱為TVS二極管。


圖3. 瞬態電壓抑制器特性(VBR = 擊穿電壓， VC = 峰值脈沖電流IP對應的鉗位電壓)。

可變電阻器

可變電阻是與電壓相關的電阻(VDR)。相應的，該非線性電阻在高于某個特定電壓后阻值會迅速降低(圖4)。在鉗位正向和負向電壓時，其功能類似于背靠背的齊納二極管。能夠以很小的封裝尺寸和較低的成本承受相對較高的電流和能量，但當電壓接近鉗位電壓時，漏電流較大。鉗位電壓也會隨電流的增加而明顯提高。可變電阻器在重復受到浪涌沖擊時性能會受到一定影響，通常也具有更高的“鉗位電壓”，與TVS二極管相比，這些因素會明顯降低其響應速度。


圖4. 典型的可變電阻器特性(VC = 峰值脈沖電流IP對應的鉗位電壓)

分立式保護電路

一種簡單且性價比較高的保護電路是將負載與鉗位電路(如TVS二級管)并聯，在電容之前加一個保險絲(圖5)。該電路可使ECU在出現高于TVS二極管(D1)擊穿電壓的瞬態過壓以及拋負載條件下為系統提供保護。當出現負的瞬態電壓或穩定的反向電壓時，TVS正向導通，從而將負向電壓鉗位在其導通電壓(例如-1V)，為后續電路提供保護。對于能量較低的負瞬態電壓，例如：繼電器或螺線管開關引入的過壓，可以通過電容(ClowE)濾除。如果持續保持正向或反向過壓狀況，保險絲將熔斷。


圖5. 利用濾波電容、瞬態抑制二極管和保險絲構成的簡單過壓保護電路

為了避免在難以接近的ECU部位更換保險絲，或保證ECU的連續運轉，必須采取其它技術，如額外的串聯保護。圖6電路可使ECU免遭電池反接以及瞬態負壓(D2)、高于TVS二極管(D1)擊穿電壓的正向過壓脈沖(拋負載和低能量瞬態電壓)的沖擊。所選二極管D2的反向峰值電壓必須大于可能出現的負脈沖最大值。


圖6. 用二極管取代圖5中的保險絲，該電路不但提供過壓保護并且提供負向瞬態電壓保護和電池反接保護。