01、前言

今天看到一篇關于熱插拔的文章，和我們生活比較相關。當我們插上移動硬盤或者U盤，亦或者顯示屏HDMI線，此時這種帶電拔插的情況下會引起火花，如下圖所示，以前也會聽到因為筆記本電腦換屏沒有卸掉電池，導致主板和顯示屏燒毀的現象。

這種帶電插拔連接線，其實就是所謂的熱插拔。而上述現象是由于熱插拔帶來的瞬態電壓通過USB口進入到電腦主板電路中，導致燒壞。但是現在的電腦端口基本上都裝了一個電路防彈衣，瞬態電壓抑制二極管(Transient Voltage Suppressor)，通常我們稱TVS管。從TVS管的名稱來看，它對電壓響應速度非常快，可以抑制或者鉗位電壓，屬于二極管的一種類型。

TVS管工作核心原理主要是雪崩擊穿，所以也稱為雪崩擊穿二極管，分單向TVS和雙向TVS兩種，其中單向TVS常用于直流電路，比如信號接口，IC的VCC引腳等等，雙向TVS常用于交流電路，比如電源的前級保護，并聯在壓敏電阻兩端等等。

可見，TVS管常用于電壓鉗位的場合，比如靜電和浪涌二次側的電路防護，以便電子產品能通過靜電放電測試，雷擊浪涌測試，振鈴波測試，脈沖群測試等。

02、TVS管的工作原理 

TVS管工作原理見下圖所示，TVS管反向并聯在保護電路中，分兩種情況考慮。

(1)當電路沒有瞬態電壓時，即TVS正常工作時，TVS處于反向截止狀態(高阻態)，電流很聰明，它不會流經TVS，會直接流向保護電路，所以不影響電路正常工作。

(2)當電路出現瞬態過電壓并且到達TVS擊穿電壓時，TVS瞬間導通，瞬態電壓轉換成瞬態電流到快速泄放到大地，同時把瞬態過電壓鉗位到后級被保護電路能承受的安全電壓，這樣既能泄放掉瞬態電壓，又能鉗位到后級的安全電壓。

(3)當瞬態過電壓消失后，TVS 又恢復到高阻態。

這樣TVS管有異常瞬態過電壓就泄放+鉗位，沒有就不影響正常工作，TVS管如果類比身體的細胞，更像是身體的白細胞，皮膚破了，白細胞迅速升高，抑制細菌感染，皮膚修復后白細胞降低，恢復正常水平，這樣我們用已知的知識去了解未知的知識，非常有助于我們理解應用電路知識。

03、TVS管和穩壓管區別

TVS管和穩壓管都是基于半導體PN結反向擊穿特性的半導體器件，但是在功能、性能和應用場景上差異較大。

3.1 相同點

(1)電壓鉗位功能

TVS管和穩壓管電路連接方面一致，均并聯到后級保護電路，實現鉗位電壓的作用。

(2)反向擊穿原理

利用反向擊穿特性(TVS管屬于雪崩擊穿，穩壓管屬于齊納擊穿)實現的電壓穩定或瞬態電壓抑制。

3.2 差異點

(1)功能

TVS管用于瞬態電壓防護，如ESD，雷擊浪涌等等，穩壓管用于提供穩定的直流電壓輸出。

(2)響應速度

TVS管響應速度更快，ps級(也稱亞納秒級)，穩壓管較慢，us級，相差1000倍速度。

(3)通流能力

TVS管通流能力更強，數百安培，穩壓管電流較弱，幾十毫安。

這種現象是由于兩種管子工藝不同導致的，TVS管有著大面積PN結（意味著高通流能力），穩壓管有著小面積PN結(意味著低漏電流)。

(4)功率特性

TVS管瞬態功率更大，數百瓦到數千瓦，說明浪涌吸收能力很強，穩壓管持續功率小，通常在幾瓦。

(5)工作狀態

TVS管常態是高阻態，瞬態導通；穩壓管持續工作在擊穿狀態。

(6)結電容影響

TVS管結電容(典型在0.5pf~100pf)，由于容抗效應會影響高頻信號，Xc=1/2πfc，當頻率升高，容抗降低，高頻信號容易通過結電容旁路到地，不會正常傳輸到負載，所以TVS結電容選型要選小的，0.5pf以下，否則高頻信號會衰減。

而穩壓管結電容(典型在1pf~100pf)，適合低頻電源穩壓，LDO基準，不適合高頻電路。

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