TVS管与ESD静电保护二极管选型指南

TVS管与ESD静电保护二极管选型指南

一、TVS二极管工作原理

TVS（Transient Voltage Suppressors）二极管，即瞬态电压抑制器，又称雪崩击穿二极管，是采用半导体工艺制成的单个PN结或多个PN结集成的器件。TVS二极管有单向与双向之分，单向TVS二极管一般应用于直流供电电路，双向TVS二极管应用于电压交变的 电路。当应用于直流电路时，单向TVS二极管反向并联于电路中，当电路正常工作时，TVS二极管处于截止状态（高阻态），不影响电路正常工作。当电路出现异常过电压并达到TVS二极管击穿电压时，TVS二极管迅速由高电阻状态突变为低电阻状态，泄放由异常过电压导致的瞬时过电流到地，同时把异常过电压钳制在较低的水平，从而保护后级电路免遭异常过电压的损坏。当异常过电压消失后，TVS二极管阻值又恢复为高阻态。

烜芯微（XXW）供应的TVS二极管产品从封装形式可分为10类：

· DO-218AB：SM5S、SM6S、SM8S、SM8SxxCA；

· SMA/DO-214AC：SMAJ、P4SMA、TPSMAJ、SMA6J、TPSMA、SACA；

· SMB/DO-214AA：SMBJ、P6SMB、TPSMBJ、SMB10J、SACB、1.0SMB、TPSMB；

· SMC/DO-214AB：1.5SMC、SMCJ、TPSMCJ、SMDJ、TPSMDJ、5.0SMDJ、TP5.0SMDJ、TPSMC；

· SOD-123：SMF、TPSMF、SMF4L、SMF3.3A、SMF3V3A；

· DO-41：P4KE;

· DO-15：SA、P6KE、SAC；

· DO-201：1.5KE、LCE；

· R-6/P600：3KP、5KP、LDP、15KP、30KP；

· NA：KA

二、TVS二极管特性特点

· 采用半导体工艺制成，具有很高的可靠性，无损坏极限；

· 玻璃钝化工艺，精准的导通电压；

· 瞬态功率大，低电容、低漏电流，箝位电压易控制；

· 快速响应时间：通常小于1.0PS；

· 优良的钳位能力，击穿电压偏差小；

· 电压精度高，在特殊应用场合，通过工艺或参数筛选可达到更高的精度；

· 体积小，易安装；

· 单向和双向单元；

· 在 10/1000μs波形下瞬态功率可达200W-30000W，甚至更高；

· 工作电压范围3.3V~600V，甚至更高；

· 封装形式多样化，贴片封装：SOD-123、SMA /DO-214AC、SMB/DO-214AA、SMC/DO-214AB、DO-218AB等，直插封装：DO-41、DO-15、DO-201、R/P-600等； 

· 无卤化，符合RoHS；

三、TVS二极管选型指南

1）要确定被保护电路中的最大直流或连续工作电压，电路的额定标准电压和“高端”容限；

2）TVS管的额定瞬态功率要大于电路中可能出现的最大瞬态浪涌功率；

3）TVS管的截止电压要大于被保护电路的最高工作电压；

4）TVS管的最大钳位电压要小于后级被保护电路中的损坏电压；

5）确定好TVS管最大箝位电压后，其峰值脉冲电流要大于瞬态浪涌电流；

6）对于数据接口的电路保护，还需注意选取具有合适电容的TVS二极管。比如：当信号频率或传输速率较高时,应选用低电容系列的TVS管；

四、TVS二极管参数详解

· VRWM ：截止电压， TVS二极管的最高工作电压，可连续施加而不引起TVS二极管劣化或损坏状态下，达到的最大的直流电压或交流峰值电压。在VRWM下，TVS二极管是不工作的，不导通。

· VC：钳位电压，施加规定波形的峰值脉冲电流IPP时，TVS二极管两端测得的峰值电压。

· VBR：击穿电压，是TVS管的最小雪崩电压。指在V-I特性曲线上，在规定的脉冲直流电流IT或接近发生雪崩的电流条件下测得TVS两端的电压。

· IR：漏电流，亦称待机电流。在规定温度和最高工作电压条件下，流过TVS二极管的最大电流，其值是在截止电压下测量的。

· IPP：峰值脉冲电流，一般在10/1000μs电流波形下的峰值。

· IT：测试电流。

· C：电容值，对于同功率等级的TVS管而言，电压越低电容值就越大。在通信线路的防护中，尤其要注意TVS管的电容值。

· 封装形式：从TVS管的封装形式，可以看出其功率大小。TVS管的芯片面积直接决定其功率等级。

五、TVS二极管选型注意事项

1）规格书手册给的只是特定脉宽下的吸收功率峰值，而实际电路中的脉冲宽度是变化不定，心里要有个数，对宽脉冲要降额应用；

2）对于小电流负载电路的保护，要有意识地增加限流电阻；

3）要注意TVS二极管的稳态平均功率是否在安全范围之中；

4）要考虑温度变化，正常而言，瞬态抑制二极管在-55°C到150°C之间工作，电路中温度比较高的情况下要降额应用；

5）TVS瞬态抑制二极管的引线长短，要与被保护线路相对。

6）针对数据接口或通信线路中的防护，要尽可能选取电容值比较小的TVS二极管。

7）直流保护电路大多选单向TVS管，交流保护电路大多选双向TVS管、多路保护电路选TVS阵列器件，大功率保护电路选专用保护模块。

8）在使用TVS管过程中，考虑到TVS的离散性，尽量减少串/并数量。

六、TVS二极管典型应用

TVS二极管由于具有极快的响应速度，低钳位电压，精准电压等优点，因而应用于对保护器件要求比较高的场合领域，汽车电子、家电、工业控制、照明，通信、医疗等行业，如DC电源线，RS485接口，通信电源，I/O口等。

七、ESD静电二极管工作原理

ESD（Electrostatic Discharge Protection Devices），静电保护元器件，又称瞬态电压抑制二极管阵列（TVS Array），是由多个TVS晶粒或二极管采用不同的布局设计成具有特定功能的多路或单路ESD保护器件，主要应用于各类通信接口静电保护，比如USB、HDMI、RS485、RS232、VGA、RJ11、RJ45、BNC、SIM、SD等接口中。专业保护器件供应商烜芯微ESD静电保护器件，封装形式多样，从单路的SOD-323到多路的SOT-23、SOT-143、SOT23-6L、SOIC-8、QFN-10等。电路设计工程师可以根据电路板布局及接口类型选择不同封装形式的ESD静电保护二极管。 

目前供应的ESD产品主要分为五大类：

· 单通道ESD和EOS保护器件

· 低电容ESD静电二极管

· 标准电容ESD静电二极管

· 低压ESD静电二极管

· 高功率ESD静电二极管

· SM712

· PSM712

八、ESD静电二极管特性

· 低电容，最低可达到零点几皮法；

· 快速响应时间：通常小于1.0PS；

· 体积小，小型化器件，节约PCB空间；

· 工作电压可以根据IC的工作电压设计，比如：2.8V、3.3V、5V、12V、15V等等；

· 灵活度高，可以根据应用需求设计电容、封装形式、浪涌承受能力等参数；

· 封装形式多样化，目前拥有的ESD封装有：QFN-0201、SOD-882、DFN1006-3L、SOT-523、SOD-523、QFN-10、SOD-123S、SOD-323、 SOT-23、SOT-143、SOT-363、SOT23-6L、SOIC-8、SOIC-16 等；

九、ESD静电二极管选型指南

1）ESD静电二极管的截止电压要大于电路中最高工作电压；

2）脉冲峰值电流IPP 和最大箝位电压VC 的选择，要根据线路上可能出现的最大浪涌电流来选择合适IPP的型号，需要注意的是，此时的VC 应小于被保护晶片所能耐受的最大峰值电压；

3）用于信号传输电路保护时，一定要注意所传输信号的频率或传输速率，当信号频率或传输速率较高时，应选用低电容系列的ESD静电二极管；

4）根据电路设计布局及被保护线路数选择合适的封装。ESD封装的大小从一定程度上可以反应器件的防护等级大小，一般封装越大的器件可容纳的ESD芯片面积也越大，防护等级也越高，反之亦然。

十、ESD静电二极管参数详解

· VRWM：反向截止电压、通俗地讲，就是ESD允许施加的最大工作电压，在该电压下ESD处于截止状态，此时ESD的漏电流很小，为几微安甚至更低。

· VBR：击穿电压，击穿电压是ESD要开始动作（雪崩击穿）的电压，一般在规定的电流下测量，通常在大小为1mA的 电流下测量。

· IR：反向漏电流，即在ESD器件两端施加VRWM电压下测得ESD的漏电流。

· IPP：峰值脉冲电流，一般采用8/20μs的波形测量。

· VC：钳位电压，在给定大小的IPP下测得ESD两端的电压。大部分ESD产品VC与VBR及IPP成正比关系。

· C J：结电容，ESD的结电容与ESD的芯片面积、工作电压有关系。对于相同电压ESD产品，芯片面积越大结电容越大；对于相同芯片面积的ESD，工作电压越高结电容就越低。 

十一、ESD静电二极管选型事项

1）ESD一般用于各类通信端口静电防护，在一些高速数据线路，比如USB3.0、HDMI、IEEE1394等接口，ESD静电保护二极管的结电容应尽量选择小的，以避免影响通信质量； 

2）ESD有单向（A）和双向（C）之分，根据工作的信号进行选择，单极性的信号可以选择单向的 ESD或双向的ESD， 双极性的信号要选择双向的ESD；

3）具体选择什么型号的ESD静电二极管做静电防护，还需要在专业的电子工程师指导下选择；

十二、ESD静电二极管典型应用

目前供应的ESD静电保护二极管广泛应用于通信、安防、工业、汽车、消费类产品、智能穿戴设备等电子产品的通信线及I/O口等静电保护。 
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