在电子电路设计中，过压保护 是至关重要的环节，尤其是在浪涌（Surge）、静电放电（ESD）和瞬态高压脉冲可能影响电路正常工作的情况下。TVS瞬态抑制二极管（Transient Voltage Suppression Diode，简称 TVS 二极管） 和 压敏电阻（Varistor） 是两种常见的浪涌保护器件，它们各有特点，并在不同应用场景下发挥关键作用。本文将详细介绍 TVS 二极管和压敏电阻的工作原理、特性、优势及应用场景，帮助工程师合理选择最适合的过压保护方案。

1. TVS 瞬态抑制二极管与压敏电阻的基本概述

1.1 TVS 瞬态抑制二极管的定义

TVS 二极管是一种 半导体器件，其主要功能是 在瞬间吸收大电流，并将高电压钳位在安全水平，从而保护电子电路免受瞬态电压冲击的影响。TVS 二极管通常用于 静电防护（ESD）、雷击浪涌保护和电源线路瞬态抑制。

TVS 二极管的核心特点：

• 响应速度快（ps~ns 级别），适合应对高频瞬态干扰。

• 钳位电压精确，可预测性能稳定。

• 功耗低，不影响正常信号传输。

1.2 压敏电阻的定义

压敏电阻（Varistor，MOV：Metal Oxide Varistor）是一种 非线性电阻器件，其电阻值会随施加电压变化。当电压低于阈值时，压敏电阻呈高阻态；当电压超过阈值时，压敏电阻阻值急剧下降，形成低阻通路，将过压吸收掉，从而起到保护作用。

压敏电阻的核心特点：

• 适用于大电流冲击保护（μA~kA 级别）。

• 耐受多次浪涌冲击，适合长期保护。

• 体积较大，适合高功率电路。

2. TVS 二极管与压敏电阻的工作原理

2.1 TVS 瞬态抑制二极管的工作原理

TVS 二极管的工作类似于 齐纳二极管，但其 吸收能量更大，响应速度更快。当施加电压超过 反向击穿电压（V_BR） 时，TVS 二极管进入 雪崩击穿状态，迅速导通，将浪涌能量释放到地线，从而保护负载电路。

TVS 二极管的电压特性：

• 在正常工作电压下，TVS 二极管呈高阻态，不影响电路。

• 当突发瞬态高压来临时，TVS 二极管迅速导通，电压被 钳位在一定范围内，确保负载安全。

• 当过压消失后，TVS 二极管自动恢复高阻态。

2.2 压敏电阻的工作原理

压敏电阻主要基于 氧化锌（ZnO）颗粒之间的势垒 作用。当外部电压较低时，ZnO 颗粒形成高阻抗；而当电压升高时，ZnO 颗粒间的势垒降低，电阻迅速下降，形成大电流通路，将浪涌能量吸收掉。

压敏电阻的电压特性：

• 在低电压下，压敏电阻几乎不导通，对电路无影响。

• 当浪涌电压超过 压敏电压（V_M） 时，压敏电阻进入低阻态，将浪涌能量消耗掉。

• 适用于 雷击、工业浪涌防护等大能量冲击场景。

3. TVS 瞬态抑制二极管与压敏电阻的比较

4. TVS 瞬态抑制二极管与压敏电阻的应用场景

4.1 TVS 瞬态抑制二极管的典型应用

• 通信设备（如以太网、USB、RS-485）

• 消费电子（如智能手机、笔记本电脑）

• 汽车电子（如 ECU、车载 CAN 总线）

• 医疗设备（如心电监护仪、电动轮椅）

• 工业控制系统（如 PLC、变频器）

4.2 压敏电阻的典型应用

• 交流电源保护（如 AC220V 电源端）

• 大功率设备（如电机驱动、UPS、电焊机）

• 电力系统（如变压器、断路器）

• 工业设备（如风力发电、太阳能逆变器）

5. 选择 TVS 二极管还是压敏电阻？

适合选择 TVS 二极管 的情况：

✅ 需要超快速响应（ns 级），例如 ESD 保护。
✅ 要求电压钳位精度高，如精密电子设备。
✅ 低功耗应用，如便携式设备。

适合选择 压敏电阻 的情况：

✅ 需要承受大能量瞬态冲击（如雷击）。
✅ 交流电源保护（MOV 更适用于 AC 线路）。
✅ 长期稳定保护，能够耐受多次冲击。

6. 结论

TVS 瞬态抑制二极管和压敏电阻各有特点，TVS 适用于高频、快速响应的低功率电路，而 压敏电阻更适用于大功率设备的雷击防护。在实际应用中，两者可结合使用，以提供更全面的浪涌保护。合理选择合适的保护器件，能够显著提高电子设备的可靠性和使用寿命。