TVS - 二极管检测

TVS 二极管检测：实用方法与关键步骤

TVS 二极管（瞬态电压抑制二极管）是电路保护的关键元件，快速吸收浪涌电压。其失效可能导致设备损坏或功能异常。掌握有效的检测方法至关重要。

一、 TVS 二极管概述

• 核心功能： 在正常工作电压下呈现高阻态；当遭遇过压瞬变时，迅速转为低阻态，泄放过大电流，箝位电压以保护后续电路。
• 工作模式： 利用半导体 PN 结的雪崩击穿或齐纳击穿特性。
• 主要类型： 单向（保护单一极性过压）、双向（保护正负双向过压）。
• 关键参数：
  • 反向断态电压 (V_RWM): 最大连续工作电压。
  • 击穿电压 (V_BR): 开始显著导通并箝位的电压。
  • 钳位电压 (V_C): 通过规定峰值脉冲电流 (I_PP) 时的最大电压。
  • 峰值脉冲电流 (I_PP): 最大可承受的非重复性浪涌电流。
  • 漏电流 (I_R): 在 V_RWM下的反向漏电流。

二、 常见故障现象

1. 短路故障：
   • 表现： 正反向电阻均接近 0 欧姆。
   • 后果： 导致电源短路、保险丝熔断、电路无法工作或相关功能模块异常发热。
2. 开路故障：
   • 表现： 正反向电阻均为无穷大。
   • 后果： 失去保护功能，后续电路易受过压损坏。
3. 参数劣化/漏电增大：
   • 表现： 在 V_RWM 下漏电流 I_R 显著增大；击穿电压 V_BR 或箝位电压 V_C 偏移。
   • 后果： 功耗增加、发热加剧，保护能力下降或失效，可能影响被保护电路的正常工作。
4. 间歇性故障： 在应力下（如温度变化、轻微震动）性能不稳定，时好时坏，最难排查。

三、 实用检测方法

方法一：离线基础检测（万用表法）

1. 安全下电： 必须 断开被测设备电源并充分放电。
2. 断开连接： 将 TVS 至少一端从电路中焊下或隔离，避免并联元件影响。
3. 电阻测量 (数字万用表二极管档 / 电阻档)：
   • 单向 TVS: 类似普通二极管。
     • 红表笔接阴极 (K)，黑表笔接阳极 (A)：应显示高阻值或溢出 (OL)。
     • 红表笔接阳极 (A)，黑表笔接阴极 (K)：应显示一个较低的导通压降值 (通常在 0.4V - 0.9V 范围)。
   • 双向 TVS: 结构对称。
     • 任意表笔接一端，另一表笔接另一端：正反两次测量均应显示一个相近的、较低的导通压降值 (也常在 0.4V - 0.9V 范围)。
4. 结果判断：
   • 若单向 TVS 两次测量均接近 0，或双向 TVS 两次测量均接近 0：短路损坏。
   • 若单向 TVS 两次测量均为无穷大，或双向 TVS 两次测量均为无穷大：开路损坏。
   • 若测量值异常偏低或偏高（尤其是双向 TVS 两侧压降值差异显著增大），或存在不稳定现象：性能劣化，需进一步测试。

方法二：关键静态参数测试（直流电源 + 电压/电流表）

1. 设备准备： 可调直流稳压电源、数字万用表 (测量电压、电流)、精密限流电阻 (保护待测 TVS 和电源)。搭建串联回路：电源正 -> 限流电阻 -> TVS 阳极 (A) -> TVS阴极 (K) -> 电源负。
2. 漏电流 (I_R) 测试：
   • 设置电源电压为 TVS 的标称 V_RWM。
   • 读取电流表值即为 I_R。
   • 对比规格书最大值，显著超差则不良。
3. 击穿电压 (V_BR) 测试：
   • 缓慢调高电源电压，同时密切监控电压表和电流表。
   • 当电流达到规定测试电流 (I_T，通常为 1mA 或规格书指定值时)，读取此时的电压值即为 V_BR。
   • 对比规格书范围 (V_BR min ~ max)。

方法三：动态特性测试（示波器 + 脉冲发生器）

• 目的： 验证 TVS 的动态响应和箝位能力，最接近实际应用场景。
• 设备： 脉冲发生器 (产生标准波形如 8/20μs 或 10/1000μs)、电流探头、高压差分探头、示波器。
• 方法：
  1. 将脉冲发生器、TVS (并联在被保护负载位置)、电流探头 (监测 TVS 电流) 构成回路。差分探头并联在 TVS 两端监测电压。
  2. 设置脉冲发生器输出规定峰值脉冲电流 I_PP (或达到目标 I_PP 的电压)。
  3. 触发示波器捕获施加脉冲瞬间 TVS 两端的电压波形 (V_C) 和流经 TVS 的电流波形 (I_PP)。
• 判断：
  • 观察捕获到的电压波形峰值，即为该 I_PP 下的实际箝位电压 V_C。
  • 对比规格书给出的对应 I_PP 下的最大 V_C 值。实测 V_C > 规格书值，或波形异常 (如振荡、响应慢)，则 TVS 性能不达标或损坏。
  • 检查 TVS 是否能在脉冲后恢复高阻态。

方法四：特性曲线对比（半导体特性图示仪）

• 原理： 专用仪器可自动绘制 TVS 的 V-I 特性曲线。
• 方法： 将被测 TVS 接入图示仪，设置合适扫描电压范围，获取其反向特性曲线。
• 判断： 将实测曲线与同型号良品或规格书提供的标准曲线对比。观察曲线的转折点 (对应 V_BR)、斜率 (对应动态电阻)、漏电平台等是否一致。曲线形态差异显著表明性能劣化或损坏。

四、 在线检测技巧与注意事项

• 断电检测优先： 安全第一，离线检测最可靠。
• 在线电阻测量： 可作为初步筛查。若测得接近 0 欧姆，需排查是 TVS 短路还是其它并联元件短路。若测得开路则需要怀疑是否 TVS 开路。结果仅供参考，易受电路影响。
• 在线电压测量：
  • 设备上电正常工作状态下，测量 TVS 两端电压。正常情况下，两端压差应远低于其 V_RWM，通常接近 0V（除非用于特殊电平箝位）。
  • 若检测到 TVS 两端存在接近其 V_RWM 甚至更高的持续压降，表明它可能已导通或漏电严重，电路存在异常或 TVS 本身不良。
• 安全操作：
  • 高压警告： 动态测试涉及高压脉冲，必须严格遵守高压操作规程，使用合格仪器和探头，做好接地和绝缘防护。
  • 防静电： 操作 TVS 时佩戴防静电腕带，使用防静电工作台。
  • 温度监控： 测试中（尤其是大电流测试）注意监控 TVS 温度，避免过热损坏。
  • 规格匹配： 测试设备的电压、电流能力必须覆盖 TVS 的参数范围，限流保护必不可少。

五、 总结

TVS 二极管的有效检测需要结合多种方法：

1. 万用表离线测量是判断短路/开路故障的快速手段。
2. 静态参数测试 (V_RWM/I_R, V_BR) 验证基本直流规格。
3. 动态脉冲测试 (V_C/I_PP) 是评估其核心保护性能（箝位能力、响应速度）的金标准，最贴近实际工况。
4. 特性曲线对比提供最直观的性能比对。
5. 在线测量用于快速排查但需谨慎解读。

熟练掌握这些检测技术，结合对 TVS 工作原理和参数的深刻理解，是确保电子设备浪涌防护可靠性的关键。检测时务必优先考虑安全，遵循规范操作流程。