TVS 选型秘籍:从原理、参数到实际剖析

 

2025-06-18 09:46:40

晨欣小编

一、TVS二极管工作原理详解

TVS管本质上是一种利用PN结击穿原理来吸收浪涌能量的钳位器件。当电路正常运行时,TVS处于高阻态,不影响信号或电源传输;而当瞬态高压出现时,TVS管迅速击穿进入导通状态,将浪涌电流引流至地,钳位电压保持在安全范围内,从而保护后级电路。

常见类型:

  • 单向TVS管:适用于直流电源保护场合。

  • 双向TVS管:适用于交流信号线、数据线防护。


二、TVS关键参数解析

选择合适的TVS器件,必须理解以下几个核心参数:

1. 反向击穿电压(V<sub>BR</sub>)

表示TVS开始导通的电压。设计中,V<sub>BR</sub>应高于系统最大工作电压,避免误触发。

2. 钳位电压(V<sub>C</sub>)

当TVS承受指定浪涌电流时,器件两端的电压。该值需低于被保护器件耐压极限

3. 浪涌电流(I<sub>PP</sub>)

TVS在规定脉冲宽度下能够承受的最大电流能力,直接决定其抗雷击能力。

4. 电容值(C)

对高速信号线尤为重要。较大的电容会影响信号完整性,因此对于USB、HDMI等高速接口,必须选用低电容TVS(如< 1pF)。

5. 响应时间

TVS的典型响应时间在纳秒级,可以快速抑制ESD、电感感应尖峰等瞬时过电压。


三、TVS管的选型流程

第一步:确定系统工作电压

根据保护对象(电源线、信号线)最大工作电压,选择V<sub>BR</sub>略高于该电压的TVS型号。

第二步:查看钳位电压V<sub>C</sub>

V<sub>C</sub>需满足被保护芯片的耐压上限,否则保护器件本身可能损坏。

第三步:评估浪涌条件

根据雷击、电源插拔、ESD等实际环境,估算最大浪涌能量,并选择I<sub>PP</sub>能满足需求的型号。

第四步:信号特性匹配

对高速信号线、差分信号线(如CAN、LVDS)等,需选择低电容、对称保护TVS管。

第五步:封装与布局考量

SMT贴片封装(如SOD-323、SOT-23)适合自动化生产;封装尺寸越小,布线越紧凑,但功率能力相对较弱。


四、典型TVS选型实例解析

案例一:USB接口防护

  • 工作电压:5V

  • 要求:抑制ESD(IEC61000-4-2 Level 4 ±8kV接触放电)

  • 推荐选型:选用V<sub>BR</sub> ≈ 6V,V<sub>C</sub> < 10V,电容小于1pF的双向TVS,如PESD5V0S1UL。

案例二:RS-485接口防护

  • 工作电压:±7V

  • 要求:浪涌防护(IEC61000-4-5 1kV)

  • 推荐选型:选用高功率、对称双向TVS管,如SM712或SP0502BAHT。

案例三:DC电源保护

  • 工作电压:12V

  • 推荐参数:V<sub>BR</sub> ≥ 13V,V<sub>C</sub> < 18V,I<sub>PP</sub> ≥ 30A,如P6KE15A等。


五、TVS应用注意事项

1. 布局优化

TVS应靠近输入端或接口处布置,引脚越短越好,避免引线电感影响保护能力。

2. 地线接法

TVS引流路径要低阻接地,避免与信号地共用路径,以防干扰。

3. 防护等级匹配

根据实际标准(如IEC61000、GB/T17626)选型,避免防护等级不足或过度设计。

4. 热耗考虑

大电流TVS在浪涌后会产生热量,需关注功率消耗和PCB散热设计。


六、主流TVS品牌推荐

品牌

特点

推荐系列




Littelfuse

稳定性好,产品系列齐全

SMAJ、SP系列

ON Semiconductor

可靠性强,性价比高

PESD、SZ系列

STMicroelectronics

适合汽车级与工业设计

ESDA、TRANSIL系列

Bourns

专注通信和信号线防护

CDSOT系列

长电/台庆科/安世

国产替代能力强

SOD323、SOT23封装全系列

七、结语:TVS选型的“三要三不要”

三要:

  1. 要选对工作电压范围匹配的型号;

  2. 要考虑信号特性,如电容、响应时间;

  3. 要结合浪涌等级选合适功率规格。

三不要:

  1. 不要电压钳位值高于芯片耐压;

  2. 不要忽视PCB布局的引线长度;

  3. 不要盲目选“大功率”,浪费成本。

TVS管虽小,但其在电路保护中的角色不容小觑。正确选型不仅能保障产品安全运行,更是EMC设计合规的关键一步。通过本文提供的方法与案例指导,相信你能更精准高效地完成TVS选型任务。


 

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