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_BR）

表示TVS开始导通的电压。设计中，V_BR应高于系统最大工作电压，避免误触发。

2. 钳位电压（V_C）

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_PP）

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_BR略高于该电压的TVS型号。

第二步：查看钳位电压V_C

V_C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_PP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_BR ≈ 6V，V_C < 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_BR ≥ 13V，V_C < 18V，I_PP ≥ 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

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。