TVS二極管型號(hào)詳解

瞬態(tài)電壓抑制器（Transient Voltage Suppressor, TVS）二極管是一種至關(guān)重要的半導(dǎo)體器件，廣泛應(yīng)用于電子電路中，旨在保護(hù)敏感電子元件免受各種瞬態(tài)高能量脈沖的損害。這些瞬態(tài)脈沖可能來源于雷擊、靜電放電（ESD）、電感開關(guān)負(fù)載切換、電源瞬變等多種原因，其特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間極短但能量巨大，若無有效防護(hù)，將對(duì)電路造成不可逆的破壞。TVS二極管通過在瞬態(tài)過電壓事件發(fā)生時(shí)迅速導(dǎo)通，將瞬態(tài)電流分流，從而將電路兩端的電壓鉗制在一個(gè)安全水平，以此達(dá)到保護(hù)作用。

TVS二極管的工作原理與重要性

TVS二極管的核心工作原理基于其PN結(jié)在反向擊穿狀態(tài)下的雪崩效應(yīng)。在正常工作電壓下，TVS二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，漏電流極小，幾乎不對(duì)電路產(chǎn)生影響。當(dāng)電路中出現(xiàn)瞬態(tài)過電壓時(shí)，一旦電壓超過其雪崩擊穿電壓（VBR），TVS二極管會(huì)在納秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)迅速從高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)，形成一個(gè)低阻通路，將巨大的瞬態(tài)電流迅速從被保護(hù)電路中分流走。與此同時(shí)，TVS二極管兩端的電壓會(huì)被鉗制在**鉗位電壓（VC）**以下，從而保護(hù)后端敏感元件不被高電壓損壞。

TVS二極管的響應(yīng)速度是其顯著優(yōu)勢(shì)之一，通常在皮秒到納秒級(jí)別，遠(yuǎn)快于壓敏電阻等其他過壓保護(hù)器件，這使得它能有效應(yīng)對(duì)上升時(shí)間極快的瞬態(tài)脈沖。此外，TVS二極管還具有良好的鉗位能力、較小的泄漏電流、較高的浪涌吸收能力和可重復(fù)使用性等優(yōu)點(diǎn)。在當(dāng)今高度集成化的電子系統(tǒng)中，微電子器件的耐壓能力越來越低，而外部電磁環(huán)境卻日益復(fù)雜，瞬態(tài)過電壓威脅無處不在。因此，TVS二極管在各種消費(fèi)電子、工業(yè)控制、通信設(shè)備、汽車電子、醫(yī)療設(shè)備以及航空航天等領(lǐng)域都扮演著不可或缺的角色，是構(gòu)建魯棒、可靠電路的關(guān)鍵組成部分。缺乏TVS保護(hù)的電路，其可靠性將大打折扣，極易因瞬態(tài)過電壓而失效。

TVS二極管的主要分類與結(jié)構(gòu)

TVS二極管可以根據(jù)多種方式進(jìn)行分類，主要包括單向與雙向、封裝形式、峰值脈沖功率等。

單向TVS二極管

單向TVS二極管在電路中具有極性，其工作特性類似于穩(wěn)壓二極管。它在一個(gè)方向（正向）上具有普通二極管的特性，即當(dāng)正向電壓超過其導(dǎo)通電壓（約0.7V）時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)低阻抗?fàn)顟B(tài)。而在另一個(gè)方向（反向）上，當(dāng)反向電壓未達(dá)到其雪崩擊穿電壓時(shí)，它處于高阻態(tài)；一旦反向電壓超過雪崩擊穿電壓，它會(huì)迅速進(jìn)入雪崩擊穿區(qū)并鉗位電壓。單向TVS二極管主要用于保護(hù)直流電源線、單極性信號(hào)線或只有正向過壓威脅的電路。例如，在僅有正向電源瞬態(tài)或靜電放電的DC電源線路上，單向TVS可以有效地進(jìn)行保護(hù)。選擇單向TVS時(shí)，需要注意其正向壓降，以避免在正常工作時(shí)影響電路功能。

雙向TVS二極管

雙向TVS二極管則沒有極性，它在兩個(gè)方向上都具有對(duì)稱的雪崩擊穿特性。無論瞬態(tài)電壓是正向還是反向，只要其絕對(duì)值超過雪崩擊穿電壓，雙向TVS二極管都會(huì)迅速導(dǎo)通并鉗位電壓。這種特性使得雙向TVS非常適合用于交流電路、數(shù)據(jù)線或可能出現(xiàn)正負(fù)雙向瞬態(tài)過電壓的信號(hào)線保護(hù)。例如，在USB、HDMI等數(shù)據(jù)接口或交流電源輸入端，雙向TVS能夠提供全面的過壓保護(hù)。由于其對(duì)稱性，在選擇和安裝時(shí)無需考慮方向，大大簡化了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程。

按封裝形式分類

TVS二極管的封裝形式多種多樣，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求和空間限制。常見的封裝包括：

• 軸向引線型（Axial Leaded）： 常見的如DO-41、DO-15、DO-201AD等，具有引線，便于通過孔安裝（Through-hole mounting），適用于對(duì)空間要求不高、需要較高浪涌電流能力的應(yīng)用，例如電源線的保護(hù)。這類封裝的TVS通?？梢猿惺茌^高的峰值脈沖功率。

• 表面貼裝型（Surface Mount Device, SMD）： 包括SMA、SMB、SMC、DO-214AC、DO-214AA、DO-214AB等，尺寸小巧，便于自動(dòng)化貼裝，是現(xiàn)代電子產(chǎn)品的主流封裝形式。它們適用于空間受限、高集成度的應(yīng)用，如手機(jī)、筆記本電腦、汽車電子等。SMD封裝的TVS二極管在低功耗應(yīng)用和高密度電路板設(shè)計(jì)中尤為常見。隨著技術(shù)的進(jìn)步，SMD封裝的TVS也在不斷提升其脈沖功率承受能力。

• 多陣列型（Array/Multi-line TVS）： 通常采用SOT-23、SOP-8、MSOP-8、μDFN、SOT-523、SC-70等更小巧的封裝形式，在一個(gè)封裝內(nèi)集成多個(gè)TVS單元，用于多條數(shù)據(jù)線或信號(hào)線的集中保護(hù)，例如USB、HDMI、以太網(wǎng)等接口。這種封裝形式可以有效節(jié)省PCB空間，并簡化設(shè)計(jì)。例如，用于ESD保護(hù)的TVS陣列可以同時(shí)保護(hù)多達(dá)8條數(shù)據(jù)線。

按峰值脈沖功率（PPPM）分類

TVS二極管的峰值脈沖功率是其吸收瞬態(tài)能量能力的關(guān)鍵指標(biāo)，通常用瓦特（W）表示。根據(jù)峰值脈沖功率，TVS二極管可以分為：

• 小功率TVS： 峰值脈沖功率在幾十瓦到幾百瓦，主要用于ESD保護(hù)或低能量瞬態(tài)脈沖的保護(hù)，如數(shù)據(jù)線、I/O端口等。例如，用于USB接口保護(hù)的TVS通常只需要幾十瓦的峰值脈沖功率。

• 中功率TVS： 峰值脈沖功率在幾百瓦到幾千瓦，適用于保護(hù)電源線、繼電器線圈、電機(jī)控制等中等能量的應(yīng)用。例如，常見的1.5KE系列TVS通常具有1500W的峰值脈沖功率。

• 大功率TVS： 峰值脈沖功率在幾千瓦到上萬瓦甚至更高，主要用于雷擊保護(hù)、AC電源輸入端、工業(yè)電源等高能量瞬態(tài)脈沖的應(yīng)用。例如，SA系列、P6KE系列、SMAJ系列、SMCJ系列、SMDJ系列等，其峰值脈沖功率覆蓋了從幾百瓦到幾千瓦的廣泛范圍。

此外，TVS二極管還可以根據(jù)漏電流（IR）、結(jié)電容（CJ）等特性進(jìn)行更細(xì)致的分類。低漏電流TVS適用于電池供電設(shè)備，以延長電池壽命。低結(jié)電容TVS（通常稱為ESD保護(hù)器）則適用于高速數(shù)據(jù)線，以避免對(duì)信號(hào)完整性造成影響。

TVS二極管的關(guān)鍵參數(shù)

理解TVS二極管的關(guān)鍵參數(shù)對(duì)于正確選擇和應(yīng)用至關(guān)重要。這些參數(shù)直接決定了TVS的保護(hù)能力、適用范圍和對(duì)電路的影響。

• 反向關(guān)斷電壓（$V_{RWM}$或$V_{DR}$）： 這是TVS二極管在正常工作狀態(tài)下所能承受的最大連續(xù)反向電壓。在此電壓下，TVS應(yīng)處于截止?fàn)顟B(tài)，漏電流極小。在選擇TVS時(shí)，$V_{RWM}$必須大于或等于電路的正常工作電壓，以避免TVS在正常工作時(shí)導(dǎo)通，影響電路功能。例如，一個(gè)5V電源的電路，通常會(huì)選擇$V_{RWM}$為5V或5.5V的TVS。

• 擊穿電壓（VBR）： 這是TVS二極管在特定測試電流（通常為IT，如1mA）下，從截止?fàn)顟B(tài)開始進(jìn)入雪崩擊穿狀態(tài)的電壓。當(dāng)反向電壓達(dá)到$V_{BR}$時(shí)，TVS開始導(dǎo)通。$V_{BR}$的值應(yīng)略高于$V_{RWM}$。

• 最大鉗位電壓（VC）： 這是在通過峰值脈沖電流（IPP）時(shí)，TVS兩端呈現(xiàn)的最大電壓。在發(fā)生瞬態(tài)過電壓事件時(shí)，TVS會(huì)將電壓鉗制在VC以下，從而保護(hù)后端器件。VC是衡量TVS保護(hù)效果的關(guān)鍵指標(biāo)，它必須小于被保護(hù)器件的最大耐受電壓。例如，如果一個(gè)芯片的最高耐壓是12V，那么選擇的TVS的VC必須小于12V。

• 峰值脈沖電流（IPP）： 這是在TVS兩端施加特定波形的瞬態(tài)脈沖（如10/1000μs或8/20μs）時(shí)，TVS能夠承受的最大瞬態(tài)電流。它與峰值脈沖功率和鉗位電壓相關(guān)，PPPM=VC×IPP。$I_{PP}$越大，表示TVS承受瞬態(tài)能量的能力越強(qiáng)。

• 峰值脈沖功率（PPPM）： 這是TVS二極管在特定脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)可以吸收的最大瞬態(tài)功率。通常用瓦特（W）表示。它代表了TVS吸收瞬態(tài)能量的能力。在選擇TVS時(shí)，需要根據(jù)可能出現(xiàn)的瞬態(tài)過電壓能量來選擇足夠大$P_{PPM}$的器件。

• 最大反向漏電流（IR）： 在$V_{RWM}$電壓下，流過TVS二極管的最大電流。$I_R$越小越好，因?yàn)樗砹薚VS在正常工作狀態(tài)下對(duì)電路的影響。對(duì)于電池供電或低功耗應(yīng)用，低$I_R$的TVS是優(yōu)選。

• 結(jié)電容（CJ）： TVS二極管的PN結(jié)形成的電容。在高速數(shù)據(jù)線或射頻應(yīng)用中，較低的結(jié)電容可以減少對(duì)信號(hào)完整性的影響。對(duì)于USB 2.0/3.0、HDMI、Ethernet等高速接口，通常需要選擇結(jié)電容在幾皮法（pF）甚至更低的TVS（通常稱為ESD保護(hù)陣列）。對(duì)于電源線保護(hù)，結(jié)電容的影響相對(duì)較小。

• 響應(yīng)時(shí)間： TVS二極管從過壓事件發(fā)生到開始導(dǎo)通并鉗位電壓所需的時(shí)間。TVS的響應(yīng)時(shí)間通常在皮秒到納秒級(jí)別，遠(yuǎn)快于其他保護(hù)器件，這是其能有效應(yīng)對(duì)快速瞬態(tài)脈沖的關(guān)鍵。

TVS二極管的常見型號(hào)系列及其特點(diǎn)

TVS二極管的型號(hào)命名通常包含其封裝形式、峰值脈沖功率、反向關(guān)斷電壓等信息。以下是一些常見的TVS二極管系列型號(hào)及其主要特點(diǎn)：

1. P6KE系列

• 特點(diǎn)： 這是非常常見和廣泛應(yīng)用的軸向引線封裝TVS二極管系列。

• 峰值脈沖功率： 通常為600W（10/1000μs波形）。

• 反向關(guān)斷電壓（VRWM）： 范圍廣泛，從5.0V到550V甚至更高。

• 封裝： DO-15。

• 應(yīng)用： 主要用于中等功率的電源保護(hù)、通用電子設(shè)備、工業(yè)控制、通信設(shè)備等。由于其功率適中，且有單向和雙向可選，P6KE系列在各種應(yīng)用中都非常靈活。例如，P6KE6.8A表示單向6.8V，$V_{RWM}$約為5.8V；P6KE6.8CA表示雙向6.8V，$V_{RWM}$約為5.8V。

2. 1.5KE系列

• 特點(diǎn)： 相比P6KE系列，1.5KE系列具有更高的峰值脈沖功率，同樣是軸向引線封裝。

• 峰值脈沖功率： 通常為1500W（10/1000μs波形）。

• 反向關(guān)斷電壓（VRWM）： 范圍從6.8V到440V。

• 封裝： DO-201AD。

• 應(yīng)用： 適用于需要更高浪涌電流吸收能力的應(yīng)用，如AC/DC電源輸入端、工業(yè)設(shè)備、大功率電機(jī)控制電路等。例如，1.5KE18A表示單向18V，$V_{RWM}$約為15.3V；1.5KE18CA表示雙向18V，$V_{RWM}$約為15.3V。

3. SA系列

• 特點(diǎn)： 軸向引線封裝，峰值脈沖功率較小，主要用于低功率應(yīng)用。

• 峰值脈沖功率： 通常為500W（10/1000μs波形）。

• 反向關(guān)斷電壓（VRWM）： 范圍從5.0V到170V。

• 封裝： DO-15。

• 應(yīng)用： 適用于通用線路保護(hù)、低功耗電源線路、信號(hào)線等。例如，SA5.0A表示單向5.0V，$V_{RWM}$約為4.0V；SA5.0CA表示雙向5.0V，$V_{RWM}$約為4.0V。

4. SMAJ系列

• 特點(diǎn)： 首字母“SMA”表示其表面貼裝（SMD）封裝，是常見的SMD封裝TVS二極管，具有較小的尺寸。

• 峰值脈沖功率： 通常為400W（10/1000μs波形）。

• 反向關(guān)斷電壓（VRWM）： 范圍從5.0V到440V。

• 封裝： SMA (DO-214AC)。

• 應(yīng)用： 廣泛應(yīng)用于空間受限的消費(fèi)電子產(chǎn)品、便攜設(shè)備、工業(yè)控制板、汽車電子等，用于電源線、I/O端口等的通用保護(hù)。例如，SMAJ5.0A表示單向5.0V，$V_{RWM}$約為4.0V；SMAJ5.0CA表示雙向5.0V，$V_{RWM}$約為4.0V。

5. SMBJ系列

• 特點(diǎn)： “SMB”表示表面貼裝（SMD）封裝，比SMAJ系列具有更高的峰值脈沖功率。

• 峰值脈沖功率： 通常為600W（10/1000μs波形）。

• 反向關(guān)斷電壓（VRWM）： 范圍從5.0V到440V。

• 封裝： SMB (DO-214AA)。

• 應(yīng)用： 適用于空間有限但需要更高瞬態(tài)功率吸收能力的應(yīng)用，如中等功率的電源線、數(shù)據(jù)線等。例如，SMBJ12A表示單向12V，$V_{RWM}$約為10.2V；SMBJ12CA表示雙向12V，$V_{RWM}$約為10.2V。

6. SMCJ系列

• 特點(diǎn)： “SMC”表示表面貼裝（SMD）封裝，是SMD封裝中峰值脈沖功率較高的系列。

• 峰值脈沖功率： 通常為1500W（10/1000μs波形）。

• 反向關(guān)斷電壓（VRWM）： 范圍從5.0V到220V。

• 封裝： SMC (DO-214AB)。

• 應(yīng)用： 適用于對(duì)尺寸有要求但需要高瞬態(tài)功率吸收能力的電源、工業(yè)控制、通信設(shè)備等應(yīng)用。例如，SMCJ24A表示單向24V，$V_{RWM}$約為20.5V；SMCJ24CA表示雙向24V，$V_{RWM}$約為20.5V。

7. SMDJ系列

• 特點(diǎn)： “SMD”通常表示表面貼裝（SMD）封裝，該系列提供極高的峰值脈沖功率。

• 峰值脈沖功率： 通常為3000W（10/1000μs波形）。

• 反向關(guān)斷電壓（VRWM）： 范圍從5.0V到170V。

• 封裝： DO-214AB。

• 應(yīng)用： 用于對(duì)瞬態(tài)過電壓保護(hù)要求極高的應(yīng)用，如AC電源線路、高壓工業(yè)設(shè)備等。例如，SMDJ15A表示單向15V，$V_{RWM}$約為12.8V；SMDJ15CA表示雙向15V，$V_{RWM}$約為12.8V。

8. ESD保護(hù)器（ESD Protection Diodes/Arrays）系列

• 特點(diǎn)： 這類TVS的特點(diǎn)是極低的結(jié)電容和超快的響應(yīng)速度，專門針對(duì)靜電放電（ESD）保護(hù)而優(yōu)化。它們通常具有多通道集成在一個(gè)封裝內(nèi)。

• 峰值脈沖功率： 通常較低，在幾十瓦到幾百瓦之間（針對(duì)8/20μs波形，而不是10/1000μs）。

• 反向關(guān)斷電壓（VRWM）： 通常較低，匹配信號(hào)線的電壓電平，如3.3V、5V、12V等。

• 封裝： 極其小巧，如SOT-23、SOT-523、SC-70、μDFN、DFN等，以適應(yīng)高密度PCB設(shè)計(jì)。

• 應(yīng)用： 廣泛應(yīng)用于USB、HDMI、Ethernet、SIM卡、按鍵接口、觸摸屏等高速數(shù)據(jù)接口和敏感I/O端口的ESD保護(hù)。常見的型號(hào)包括PESD系列、SRV系列、CLAMP系列等，它們通常由多個(gè)TVS二極管組成陣列，可以同時(shí)保護(hù)多條數(shù)據(jù)線，極大地節(jié)省了板空間。例如，PESD0402-050C表示0402封裝、5V雙向ESD保護(hù)器件；SRV05-4表示4通道5V ESD保護(hù)陣列。這類TVS通常被稱為ESD保護(hù)二極管或ESD抑制器，而不是傳統(tǒng)的TVS二極管，但在原理上它們屬于TVS的特殊應(yīng)用。

9. 高壓TVS系列

• 特點(diǎn)： 專為高壓應(yīng)用設(shè)計(jì)，具有很高的反向關(guān)斷電壓。

• 峰值脈沖功率： 通常較高，以應(yīng)對(duì)高壓瞬態(tài)。

• 反向關(guān)斷電壓（VRWM）： 可達(dá)幾百伏甚至幾千伏。

• 封裝： 通常為軸向引線型或特殊高壓封裝。

• 應(yīng)用： 交流電源線路的初級(jí)保護(hù)、高壓DC電源、雷擊保護(hù)等。例如，某些用于雷擊保護(hù)的TVS可以承受高達(dá)幾千伏的瞬態(tài)電壓。

TVS二極管的選型考量

正確選擇TVS二極管是確保電路可靠性的關(guān)鍵。以下是選型時(shí)需要綜合考慮的幾個(gè)重要因素：

1. 確定正常工作電壓（VRWM）

首先，確定被保護(hù)電路或信號(hào)線的正常最大工作電壓。選擇的TVS二極管的**$V_{RWM}必須大于或等于該最大工作電壓??，以確保TVS在正常工作時(shí)不會(huì)導(dǎo)通，從而避免干擾電路的正常功能。例如，一個(gè)5V的電源線，應(yīng)選擇V_{RWM}$大于等于5V的TVS，如P6KE6.8A/CA (VRWM≈5.8V) 或SMAJ5.0A/CA (VRWM≈4.0V, 但需注意其最大工作電壓是否滿足要求)。

2. 確定最大鉗位電壓（VC）

確定被保護(hù)器件（如芯片、IC等）的最大耐受電壓。選擇的TVS二極管的最大鉗位電壓（VC）必須小于或等于被保護(hù)器件的最大耐受電壓，以確保在瞬態(tài)過電壓發(fā)生時(shí)，被保護(hù)器件不會(huì)損壞。例如，如果某個(gè)微控制器引腳的絕對(duì)最大額定電壓是6V，那么TVS的VC必須小于6V。

3. 確定峰值脈沖功率（PPPM）

估算可能出現(xiàn)的瞬態(tài)過電壓的能量或功率。這通常需要考慮瞬態(tài)的來源（雷擊、ESD、開關(guān)噪聲等）及其波形（如10/1000μs或8/20μs）。選擇的TVS的**$P_{PPM}$必須大于或等于瞬態(tài)脈沖的估計(jì)功率**。如果無法精確估算，通常建議留有足夠的裕量。例如，對(duì)于可能受到雷擊或大型感性負(fù)載切換影響的線路，可能需要選擇1.5KE、SMCJ或SMDJ等高功率系列TVS。對(duì)于一般的電源線或信號(hào)線保護(hù)，P6KE、SMBJ或SMAJ可能就足夠了。對(duì)于ESD保護(hù)，則關(guān)注ESD保護(hù)器型號(hào)的抗ESD能力（如IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)下的接觸放電和空氣放電等級(jí)）。

4. 單向還是雙向？

• 單向TVS： 適用于直流電源線、只有單極性過壓的信號(hào)線（例如，電源線上的正向浪涌），或者當(dāng)電路中有其他二極管（如整流二極管）可以提供反向保護(hù)時(shí)。

• 雙向TVS： 適用于交流電路、數(shù)據(jù)線、或可能出現(xiàn)正負(fù)雙向瞬態(tài)過電壓的信號(hào)線。例如，USB數(shù)據(jù)線通常需要雙向TVS，因?yàn)閿?shù)據(jù)信號(hào)可能在正負(fù)兩個(gè)方向上擺動(dòng)。

5. 考慮結(jié)電容（CJ）

• 對(duì)于高速數(shù)據(jù)線（如USB 2.0/3.0、HDMI、Ethernet、MIPI等），必須選擇低結(jié)電容的TVS二極管（通常是ESD保護(hù)器），以避免TVS的電容對(duì)信號(hào)完整性造成衰減或失真。這類TVS的結(jié)電容通常在幾皮法（pF）以下。

• 對(duì)于低速信號(hào)線或電源線，結(jié)電容的影響通常不那么關(guān)鍵，可以選擇更高結(jié)電容的TVS。

6. 封裝形式

• 軸向引線型（DO-15、DO-201AD等）： 適合大功率、通過孔安裝的應(yīng)用，例如電源輸入端、雷擊保護(hù)。

• 表面貼裝型（SMA、SMB、SMC等）： 適合小尺寸、高密度、自動(dòng)化生產(chǎn)的應(yīng)用，是目前主流的封裝形式，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、汽車電子等。

• 陣列型（SOT-23、SOP-8、μDFN等）： 適合多通道信號(hào)線集中保護(hù)，如USB、HDMI接口，可以節(jié)省PCB空間。

7. 漏電流（IR）

在某些對(duì)功耗敏感的應(yīng)用中（如電池供電設(shè)備），需要選擇漏電流盡可能小的TVS二極管，以減少TVS在正常工作狀態(tài)下的功耗。

8. 工作溫度范圍

確保所選TVS的工作溫度范圍與產(chǎn)品的使用環(huán)境溫度相匹配。大多數(shù)TVS的工作溫度范圍在-55°C到+150°C之間，但特殊應(yīng)用可能需要更寬或更窄的范圍。

9. 可靠性與認(rèn)證

選擇來自可靠制造商的TVS二極管，并關(guān)注其是否符合相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證，如RoHS、REACH等環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，以及對(duì)于汽車電子而言的AEC-Q101等可靠性認(rèn)證。

TVS二極管在實(shí)際應(yīng)用中的考量

在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，TVS二極管的應(yīng)用并非簡單地選擇一個(gè)型號(hào)然后放置在電路中。還需要考慮一些設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和注意事項(xiàng)，以確保其最佳性能和保護(hù)效果。

1. 放置位置

TVS二極管應(yīng)盡可能地靠近被保護(hù)的電路或器件。這是因?yàn)樗矐B(tài)電壓的上升速度極快，PCB走線上的電感和電阻會(huì)在瞬態(tài)電流通過時(shí)產(chǎn)生額外的電壓降。將TVS放置得越近，其對(duì)后端電路的鉗位效果越好，過電壓在到達(dá)敏感器件之前就能被有效抑制。例如，在電源輸入端，TVS應(yīng)放置在電源接口和第一個(gè)電解電容之間。在數(shù)據(jù)端口，TVS應(yīng)放置在連接器和數(shù)據(jù)處理芯片之間。

2. 布線技巧

• 最小化回路面積： 連接TVS二極管的走線應(yīng)盡可能短和寬，以減小寄生電感和電阻。較大的回路面積會(huì)導(dǎo)致在瞬態(tài)電流流過時(shí)產(chǎn)生更大的瞬態(tài)電壓，從而降低TVS的鉗位效果。

• 地線連接： TVS的地線應(yīng)直接、低阻抗地連接到被保護(hù)電路的參考地。理想情況下，TVS的地線應(yīng)與被保護(hù)器件的地線通過最短路徑連接到公共地平面。

• 差分信號(hào)線： 對(duì)于差分信號(hào)線，可以考慮使用共模TVS陣列或者多通道TVS，以保持差分信號(hào)的平衡，同時(shí)提供有效的共模和差模保護(hù)。

3. 與其他保護(hù)器件的配合

TVS二極管通常與其他過壓保護(hù)器件協(xié)同工作，形成多級(jí)保護(hù)方案。

• 與熔斷器（Fuse）/斷路器（Circuit Breaker）配合： 熔斷器或斷路器提供過流保護(hù)，在持續(xù)過流或短路時(shí)斷開電路。TVS則提供瞬態(tài)過壓保護(hù)。兩者結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)更全面的保護(hù)。

• 與壓敏電阻（Varistor）配合： 壓敏電阻具有較高的能量吸收能力，但響應(yīng)速度相對(duì)較慢，且在吸收大能量后性能會(huì)退化（漏電流增大）。TVS響應(yīng)速度快，鉗位電壓更精確。因此，在某些大能量沖擊的場景下，可以采用壓敏電阻作為初級(jí)保護(hù)（吸收大部分能量），TVS作為次級(jí)保護(hù)（提供更精細(xì)的鉗位電壓，保護(hù)敏感器件）。

• 與氣體放電管（Gas Discharge Tube, GDT）配合： GDT具有極高的浪涌電流承受能力和較低的固有電容，但響應(yīng)速度較慢，并且存在續(xù)流問題。通常用于電源線的初級(jí)雷擊保護(hù)。與TVS結(jié)合使用時(shí)，GDT首先導(dǎo)通吸收大部分雷擊能量，TVS則提供后續(xù)的精細(xì)鉗位。

4. 散熱考慮

雖然TVS二極管主要處理瞬態(tài)能量，但在連續(xù)重復(fù)的瞬態(tài)事件或長時(shí)間的瞬態(tài)脈沖下，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生熱量。對(duì)于大功率TVS，需要考慮其封裝的散熱能力，并可能需要在PCB上提供足夠的銅面積來輔助散熱，以防止器件過熱損壞。

5. 級(jí)聯(lián)保護(hù)

在某些要求極高的應(yīng)用中（如雷擊保護(hù)），可能需要采用多級(jí)TVS保護(hù)。例如，第一級(jí)使用較高$V_{BR}和P_{PPM}的TVS，吸收大部分瞬態(tài)能量；第二級(jí)使用較低V_{BR}和P_{PPM}$的TVS，提供更精細(xì)的鉗位，保護(hù)最終的敏感器件。這種級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)可以有效地分擔(dān)瞬態(tài)能量，提高整體保護(hù)效果。

6. 測試與驗(yàn)證

設(shè)計(jì)完成后，務(wù)必進(jìn)行嚴(yán)格的測試和驗(yàn)證，以確保TVS二極管的保護(hù)效果符合預(yù)期。這包括靜電放電（ESD）測試（如IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)）、浪涌（Surge）測試（如IEC 61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)）等。通過實(shí)際測試，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中可能存在的問題，并進(jìn)行優(yōu)化。

TVS二極管型號(hào)實(shí)例解析

為了更好地理解TVS二極管的型號(hào)命名和參數(shù)含義，我們以幾個(gè)具體的實(shí)例進(jìn)行解析。

實(shí)例1：P6KE18A

• P6KE： 表示其屬于P6KE系列，軸向引線封裝，峰值脈沖功率為600W。

• 18： 表示標(biāo)稱擊穿電壓（VBR）為18V。

• A： 表示單向TVS二極管。

• 參數(shù)解讀：

• 反向關(guān)斷電壓 (VRWM): 通常在15.3V左右。這意味著當(dāng)線路電壓低于15.3V時(shí)，該TVS處于截止?fàn)顟B(tài)。

• 擊穿電壓 (VBR): 18V (最小值16.2V，最大值19.8V)。當(dāng)瞬態(tài)電壓超過16.2V時(shí)，TVS開始導(dǎo)通。

• 最大鉗位電壓 (VC): 在$I_{PP}$為33.3A時(shí)，通常為29.1V。這意味著在承受600W瞬態(tài)功率時(shí)，線路電壓不會(huì)超過29.1V。

• 峰值脈沖電流 (IPP): 約33.3A。

• 封裝：DO-15。

• 適用場景： 適用于保護(hù)12V或15VDC電源線路，或?qū)﹄妷恒Q位要求在29V以下的普通信號(hào)線。

實(shí)例2：SMAJ5.0CA

• SMAJ： 表示其屬于SMAJ系列，表面貼裝封裝，峰值脈沖功率為400W。

• 5.0： 表示標(biāo)稱擊穿電壓（VBR）為5.0V。

• CA： 表示雙向TVS二極管。

• 參數(shù)解讀：

• 反向關(guān)斷電壓 (VRWM): 通常在4.0V左右。這意味著當(dāng)線路電壓的絕對(duì)值低于4.0V時(shí)，該TVS處于截止?fàn)顟B(tài)。

• 擊穿電壓 (VBR): 5.0V (最小值4.4V，最大值5.6V)。當(dāng)瞬態(tài)電壓的絕對(duì)值超過4.4V時(shí)，TVS開始導(dǎo)通。

• 最大鉗位電壓 (VC): 在$I_{PP}$為43.5A時(shí)，通常為6.8V。這意味著在承受400W瞬態(tài)功率時(shí)，線路電壓的絕對(duì)值不會(huì)超過6.8V。

• 峰值脈沖電流 (IPP): 約43.5A。

• 封裝：SMA (DO-214AC)。

• 適用場景： 適用于保護(hù)5V電源線路、低速數(shù)據(jù)線或USB 1.0/2.0等接口的ESD和瞬態(tài)過壓保護(hù)，尤其適用于空間受限的消費(fèi)電子產(chǎn)品。

實(shí)例3：SRV05-4

• SRV： 表示其屬于Semtech的SRV系列，通常是多通道、低電容的ESD保護(hù)陣列。

• 05： 表示其額定工作電壓為5V。

• -4： 表示該封裝內(nèi)集成了4個(gè)TVS通道，可以保護(hù)4條數(shù)據(jù)線。

• 參數(shù)解讀：

• 反向關(guān)斷電壓 (VRWM): 通常為5V。

• 擊穿電壓 (VBR): 6.0V左右。

• 最大鉗位電壓 (VC): 通常在IPP（8/20μs波形）為1A時(shí)，鉗位電壓可能在8V左右。不同電流下的鉗位電壓需要查閱具體數(shù)據(jù)手冊(cè)。

• 結(jié)電容 (CJ): 通常極低，例如0.5pF到1pF，以確保高速信號(hào)完整性。

• ESD保護(hù)能力：通常符合IEC 61000-4-2（接觸放電±15kV，空氣放電±30kV）等標(biāo)準(zhǔn)。

• 封裝：SOT-23-6、SC-70-6等小尺寸多引腳封裝。

• 適用場景： 專用于USB 2.0、Ethernet 10/100/1000Base-T、DVI、HDMI、VGA等高速數(shù)據(jù)接口和敏感I/O端口的ESD保護(hù)。

TVS二極管的市場趨勢(shì)與未來發(fā)展

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，TVS二極管作為核心的電路保護(hù)元件，也在不斷演進(jìn)，以適應(yīng)新的市場需求和技術(shù)挑戰(zhàn)。

1. 更小的封裝尺寸和更高的集成度

消費(fèi)電子產(chǎn)品（如智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備）對(duì)尺寸和空間的要求越來越苛刻。這推動(dòng)了TVS二極管向更小、更薄的封裝發(fā)展，例如DFN、μDFN、CSP等封裝。同時(shí)，多通道TVS陣列和集成化保護(hù)方案也越來越受歡迎，它們將多個(gè)TVS單元集成到一個(gè)芯片中，進(jìn)一步節(jié)省了PCB空間，簡化了設(shè)計(jì)。

2. 更低的結(jié)電容

隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的不斷提高（USB 3.0/3.1/4.0、HDMI 2.0/2.1、PCIe、Thunderbolt等），TVS二極管的結(jié)電容對(duì)信號(hào)完整性的影響愈發(fā)突出。因此，開發(fā)具有超低結(jié)電容（例如0.1pF甚至更低）的TVS二極管成為行業(yè)的重要方向。這類低電容TVS（ESD保護(hù)器）能有效防止信號(hào)失真和衰減，確保高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/span>

3. 更高的峰值脈沖功率和更精確的鉗位電壓

雖然小型化是趨勢(shì)，但對(duì)于工業(yè)、汽車和通信領(lǐng)域，對(duì)高功率和高可靠性的需求依然存在。因此，制造商也在不斷提升TVS二極管的峰值脈沖功率承受能力，同時(shí)努力優(yōu)化其鉗位電壓特性，使其在吸收大能量的同時(shí)，能將電壓鉗制在更窄、更精確的范圍內(nèi)，從而更好地保護(hù)敏感元件。

4. 汽車電子領(lǐng)域的特殊需求

汽車電子系統(tǒng)面臨的環(huán)境惡劣，瞬態(tài)過電壓（如拋負(fù)載、啟動(dòng)/停止瞬態(tài)、感性負(fù)載切換等）威脅更為嚴(yán)重。這要求TVS二極管不僅要承受更高的瞬態(tài)能量，還要滿足嚴(yán)苛的AEC-Q101汽車級(jí)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，包括更寬的工作溫度范圍、更高的可靠性、更長的壽命等。因此，車規(guī)級(jí)TVS二極管的研發(fā)和應(yīng)用是當(dāng)前的熱點(diǎn)。

5. 新材料與新工藝

為了實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的性能，制造商正在探索新的半導(dǎo)體材料（如碳化硅SiC、氮化鎵GaN等）和制造工藝，以改善TVS二極管的響應(yīng)速度、漏電流、能量吸收能力和熱特性。這些新技術(shù)的應(yīng)用有望帶來更高效、更可靠的TVS二極管產(chǎn)品。

6. 智能保護(hù)方案

未來的TVS二極管可能會(huì)與更智能的保護(hù)方案相結(jié)合，例如集成過溫保護(hù)、故障指示、自恢復(fù)功能等。這些智能特性將使電路保護(hù)更加全面和自動(dòng)化。

結(jié)語

TVS二極管作為電子電路中不可或缺的“安全衛(wèi)士”，在保護(hù)敏感電子設(shè)備免受瞬態(tài)過電壓損害方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。從基礎(chǔ)的單向/雙向分類，到各種封裝形式和功率等級(jí)，再到針對(duì)特定應(yīng)用（如ESD保護(hù)）的優(yōu)化設(shè)計(jì)，TVS二極管展現(xiàn)出其高度多樣性和專業(yè)性。深入理解TVS二極管的關(guān)鍵參數(shù)、不同型號(hào)系列的特點(diǎn)以及正確的選型和應(yīng)用方法，對(duì)于工程師設(shè)計(jì)出穩(wěn)定、可靠、高魯棒性的電子系統(tǒng)至關(guān)重要。

隨著電子產(chǎn)品向更小、更快、更集成化方向發(fā)展，以及汽車電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域?qū)煽啃砸蟮牟粩嗵岣撸琓VS二極管的技術(shù)也在持續(xù)創(chuàng)新。更小的封裝、更低的結(jié)電容、更高的功率承受能力和更智能的保護(hù)功能將是未來TVS二極管發(fā)展的主要趨勢(shì)。掌握TVS二極管的知識(shí)，無疑是每一個(gè)電子設(shè)計(jì)工程師的必備技能。通過合理地選擇和應(yīng)用TVS二極管，我們可以有效地提升電子產(chǎn)品的抗干擾能力和使用壽命，確保其在復(fù)雜電磁環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

我們始終需要關(guān)注行業(yè)最新的技術(shù)動(dòng)態(tài)和產(chǎn)品發(fā)展，以便在設(shè)計(jì)中采用最先進(jìn)、最適合的TVS解決方案，從而更好地應(yīng)對(duì)未來電子系統(tǒng)所面臨的各種挑戰(zhàn)。對(duì)TVS二極管的深入了解和恰當(dāng)應(yīng)用，是確?，F(xiàn)代電子設(shè)備能夠抵御瞬態(tài)電壓威脅，并長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。