目錄
一、個人心得
- TVS\鉗位二極管\瞬態抑制二極管，可以看做是一種東西，只是稱呼不同。
- TVS防護包含兩部分：靜電釋放（ESD）和浪湧（Surge），TVS參數不同，防護側重也不同。
- 靜電參數一般都滿足國際標準 8/15KV；浪湧主要關注功率參數，即 VC@IPP ，例如東沃電子的SMF5.0A，200W，技術人員說可以抵抗80多V的浪湧。
- 一般ARM芯片管腳出來的信號（例如UART）只關注ESD，信號是TTL電平，一般不會產生浪湧；而電源部分，需要分辨是前面是何種電源（例如開關電源、DC電源、線性電源），不同的電源紋波干擾不一樣，需要同時關注浪湧和靜電部分，電源一般使用大功率的TVS，有空間條件的功率可以儘量大。
- 例如 5V DC，推薦400W的SMAJ5.0A，但是空間有限放不下，擬使用200W的SMF5.0CA。（後綴加A一般爲雙向）
- 器件單雙向標識，雙向（Bidirectional unit）：CA，單向（Uni）： A。
- ESD 和 Surge 的主要區別：頻率不一樣，ESD 高頻，Surge 低頻。
- TVS管是瞬態電壓抑制器(Transient Voltage Suppressor)的簡稱。它的特點是：響應速度特別快(爲ns級)；耐浪湧衝擊能力較放電管和壓敏電阻差，其10/1000μs波脈衝功率從400W～30KW，脈衝峯值電流從0.52A～544A；擊穿電壓有從6.8V～550V的系列值，便於各種不同電壓的電路使用。
- 浪湧：浪湧也叫突波，顧名思義就是超出正常工作電壓的瞬態過電壓。本質上講，浪湧是發生在僅僅幾百萬分之一秒時間內的一種劇烈脈衝，可能引起浪湧的原因有：重型設備、短路、電源切換或大型發動機。浪湧產生的時間非常短，大概在微微秒級。浪湧出現時，電壓電流的幅值超過正常值得兩倍以上。由於輸入濾波電容迅速充電，所以該峯值電流遠遠大於穩態輸入電流。電源應該限制AC開關、整流橋、保險絲、EMI濾波器件能承受的浪湧水平。浪湧普遍存在於配電系統中，也就是說浪湧無處不在。它會造成的影響可能有：系統的電壓波動，在正常工作情況下，機器設備會自動停止或啓動，電腦控制系統常出現無理由復位、電機經常要更換或重置、電氣設備由於故障、復位或電壓問題而縮短使用壽命。
- 單向TVS二極管一般應用於直流供電電路，雙向TVS二極管應用於電壓交變的電路。
- VRWM - VBR - VC過程區分：不能長期在VRWM - VBR之間工作，區間是一個過渡期；VBR 是一個最小的雪崩擊穿電壓，VBR - VC 期間都在雪崩，電壓也是區間遞增，直至鉗位電壓爲止。
- 能量8/20、10/1000，指的是測試浪湧能力（測試設備的參數還有100V、200V，但是自己沒接觸過這個設備）。
- 對於小電流負載的保護，可有意識地在線路中增加限流電阻，只要限流電阻的阻值適當，一般不會影響線路的正常工作，但限流電阻對干擾所產生的電流卻會大大減小。可以選用峯值功率較小的TVS 管來對小電流負載線路進行保護。
- TVS所能承受的瞬態脈衝是不重複的，器件規定的脈衝重複頻率(持續時間與間歇時間之比)爲0．01％。如果電路內出現重複性脈衝，應考慮脈衝功率的累積，不然有可能損壞TVS。
- 自熔斷保險絲除了考慮正常工作電流 IH，熔斷電流 IT 外，注意其溫度特性，不同溫度下的 IH 會變化，考慮工作環境溫度和實際測試最大電流來選型。例如圖1、2。
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二、工作原理
- TVS（Transient Voltage Suppressors）二極管，即瞬態電壓抑制器，又稱雪崩擊穿二極管，是採用半導體工藝製成的單個PN結或多個PN結集成的器件。
- TVS二極管有單向與雙向之分，單向TVS二極管一般應用於直流供電電路，雙向TVS二極管應用於電壓交變的 電路。
- 當應用於直流電路時，單向TVS二極管反向並聯於電路中，當電路正常工作時，TVS二極管處於截止狀態（高阻態），不影響電路正常工作。當電路出現異常過電壓並達到TVS二極管擊穿電壓時，TVS二極管迅速由高電阻狀態突變爲低電阻狀態，泄放由異常過電壓導致的瞬時過電流到地，同時把異常過電壓鉗制在較低的水平，從而保護後級電路免遭異常過電壓的損壞。當異常過電壓消失後，TVS二極管阻值又恢復爲高阻態。
三、參數詳解
- VRWM ：截止電壓， TVS二極管的最高工作電壓，可連續施加而不引起TVS二極管劣化或損壞狀態下，達到的最大的直流電壓或交流峯值電壓。 在VRWM下，TVS二極管是不工作的，不導通。它需要儘量與被保護迴路的正常工作電壓接近，這樣纔不會在TVS工作以前使整個迴路面對過壓威脅。
- VC：鉗位電壓，施加規定波形的峯值脈衝電流IPP時，TVS二極管兩端測得的峯值電壓。
- VBR：擊穿電壓，是TVS管的最小雪崩電壓。指在V-I特性曲線上，在規定的脈衝直流電流IT或接近發生雪崩的電流條件下測得TVS兩端的電壓。按TVS的VBR與標準值的離散程度，可把VBR分爲5%和10%兩種。對於5%的VBR來說，VWM=0.85VBR；對於10%的VBR來說，VWM=0.81VBR。
- IR：漏電流，亦稱待機電流。在規定溫度和最高工作電壓條件下，流過TVS二極管的最大電流，其值是在截止電壓下測量的。
- IPP：峯值脈衝電流，一般在10/1000μs電流波形下的峯值。VC、IPP反映了TVS的浪湧抑制能力。
- IT：測試電流。
- C：電容值，對於同功率等級的TVS管而言，電壓越低電容值就越大。在通信線路的防護中，尤其要注意TVS管的電容值。電容對於數據/信號頻率越高的迴路，二極管的電容對電路的干擾越大，形成噪聲或衰減信號強度，因此需要根據迴路的特性來決定所選器件的電容範圍。高頻迴路一般選擇電容應儘量小(如LCTVS、低電容TVS，電容不大於3pF)，而對電容要求不高的迴路電容選擇可高於40pF。
- Pppm額定脈衝功率，這是基於最大截止電壓和此時的峯值脈衝電流。對於手持設 備，一般來說500W的TVS就足夠了。最大峯值脈衝功耗PM是TVS能承受的最大峯值脈衝功耗值。在給定的最大箝位電壓下，功耗PM越大，其浪湧電流的承受能力越大。在給定的功耗PM下，箝位電壓VC越低，其浪湧電流的承受能力越大。另外，峯值脈衝功耗還與脈衝波形、持續時間和環境溫度有關。而且，TVS所能承受的瞬態脈衝是不重複的，器件規定的脈衝重複頻率(持續時間與間歇時間之比)爲0.01%。如果電路內出現重複性脈衝，應考慮脈衝功率的累積，有可能損壞TVS。
- 封裝形式：從TVS管的封裝形式，可以看出其功率大小。TVS管的芯片面積直接決定其功率等級。
四、區分極性
- 看標誌：tvs管，有單向和雙向之分，單向的一端呢，有細色環，接的是正極，而雙向的呢，中間有兩道環，或者沒有任何標誌，沒極性。
- 規格書：一般在第一頁，雙向爲雙向導通，單向爲單向導通。
- 看型號：tvs管的型號命名是有規律的，大部分tvs管型號均能看出參數。如TVS管SMF5.0A/SMF5.0CA，尾綴後面是A的表示單向，尾綴CA的表示雙向。
- 藉助萬用表工具：單向一邊又電壓，直流方面有雪崩擊穿特性；雙向都有電壓，直流方面，雙向對稱。
五、選型步驟
- 多線保護選用TVS陣列更爲有利；
- 要確定被保護電路中的最大直流或連續工作電壓，電路的額定標準電壓和“高端”容限；
- TVS管的額定瞬態功率要大於電路中可能出現的最大瞬態浪湧功率。如果知道比較準確的浪湧電流IPP，則可利用VCIpp 來確定功率；如果無法確定IPP的大致範圍，則選用功率大些的TVS爲好。PM是TVS能承受的最大峯值脈衝功率耗散值。在給定的最大箝位電壓下，功耗PM越大，其浪湧電流的承受能力越大；在給定的功耗PM下，箝位電壓VC越低，其浪湧電流的承受能力越大。另外，峯值脈衝功耗還與脈衝波形、持續時間和環境溫度有關；
- TVS管的截止電壓要大於被保護電路的最高工作電壓；
- TVS管的最大鉗位電壓要小於後級被保護電路中的損壞電壓；
- 確定好TVS管最大箝位電壓後，其峯值脈衝電流要大於瞬態浪湧電流；
- 對於數據接口的電路保護，還需注意選取具有合適電容的TVS二極管。比如：當信號頻率或傳輸速率較高時,應選用低電容系列的TVS管。
- 溫度考慮。瞬態電壓抑制器可以在－55 到 +150℃之間工作。如果需要TVS在一個變化的溫度工作，由於其反向漏電流ID是隨結溫增加而增大；功耗隨TVS結溫增加而下降，從+25℃到+175℃，大約線性下降50％；擊穿電壓VBR隨溫度的增加按一定的係數增加。因此，必須查閱有關產品資料，考慮溫度變化對其特性的影響。
六、參數影響
- 最高工作電壓VRWM ：在電路正常工作情況下，TVS二極管是不工作的，處於截止狀態，所以TVS二極管的截止電壓應大於被保護電路的最高工作電壓。這樣才能保證TVS在電路正常工作下不會影響電路工作。但是TVS二極管的工作電壓高低也決定了TVS二極管鉗位電壓的高低，在截止電壓大於線路正常工作電壓的情況下，TVS二極管工作電壓也不能選取的過高，如果太高，鉗位電壓也會較高，所以在選擇 VRWM時，要綜合考慮被保護電路的工作電壓及後級電路的承受能力。
- TVS功率選型 ：TVS二極管產品的額定瞬態功率應大於電路中可能出現的最大瞬態浪湧功率。
- VC鉗位電壓：TVS二極管鉗位電壓應小於後級被保護電路最大可承受的瞬態安全電壓，大多數TVS管的VC與VBR及IPP都成正比。對於同一功率等級的TVS管，其擊穿電壓越高VC也越高。
- IR 漏電流：在一些低功耗電路或高精度採集電路中，IR過大可能導致電路功耗過大或信號的採集精度超標。因低壓（VRWM＜10V）TVS管的IR較大，如果後級電路耐受能力較強的話，儘量選擇 10V或以上的TVS管；如果後級電路耐受能力不足，需要選擇小IR且低電壓的TVS管，東沃電子就可以提供這類產品。
- C結電容：TVS管的結電容一般在幾十皮法至幾十納法。對於同一功率等級的TVS管，其電壓越低，電容值越大。在一些通信線路中，要特別注意TVS管的結電容，不能影響電路正常工作。
- 封裝形式：一般來說，TVS管的功率從封裝形式上也可以體現，封裝體積越小，其功率一般也越小，這是因爲TVS管的芯片面積直接決定了TVS管的功率等級。
七、接口參考
| 序號 | 接口名稱 | 傳輸速度（Mbit/S） | 對電路寄生電容要求（pf） | 推薦保護器件 | 一級保護 | 二級保護 | 三級保護 |
| 1 | USB2.0接口 | 480 | <3 | SR05/SRV05-4 | |||
| 2 | USB3.0接口 | 4800 | <1 | LC05CD | |||
| 3 | USB3.1接口 | 10000 | <0.5 | ULC3324P10 | ULC052010P5 | ||
| 4 | TYPE-C接口 | 10000 | <0.5 | ULC3324P10 | ULC052010P5 | ||
| 5 | 快充USB接口 | 480 | <3 | ULC1654N | |||
| 6 | 快充電源接口 | - | - | ESD1285P | |||
| 7 | 100M網絡接口 | 100 | <5 | 3R090-5S | HL60-025 | SLVU2.8-4/SRV05-4 | |
| 8 | 1000M網絡接口 | 1000 | <1 | 3R090-5S | HL60-025 | LC3311CCW | |
| 9 | 10000M網絡接口 | 10000 | <1 | 3R090-5S | HL60-025 | ULC0542T | |
| 10 | POE網絡接口 | 100 | <5 | 3R090-5S | HL60-025 | SLVU2.8-4 | SMCJ68CA |
| 11 | HDMI1.3接口 | 10200 | <1 | ULC0524P | |||
| 12 | HDMI1.4接口 | 10200 | <1 | ULC0524P | |||
| 13 | HDMI2.0接口 | 18000 | <0.5 | ULC0514P10 | ULC0544P10 | ||
| 14 | DISPLAY視頻接口 | 5400 | <1 | ULC0524P | |||
| 15 | VGA模擬視頻接口 | 162 | <1 | ULC0524P | |||
| 16 | DVI數字視頻接口 | 3960 | <1 | ULC0544M | |||
| 17 | Audio音頻接口 | 1.5 | <100 | SDA05W5/ULC0511CDN | |||
| 18 | LVDS接口 | 655 | <10 | ULC0524P | |||
| 19 | SIM卡接口 | 7.2 | <10 | SRV05-4 | |||
| 20 | SD卡接口 | 10 | <10 | SRV05-4 | |||
| 21 | MMC卡接口 | 10 | <10 | SRV05-4 | |||
| 22 | E-SATA接口 | 6000 | <1 | ULC0524P | |||
| 23 | I2C接口 | 3.4 | <100 | SDA05CW | SD05C | ||
| 24 | T1 E1接口 | 1.544 | <100 | P2300SC | HL250-120 | SRV05-4 | |
| 25 | RS232接口 | 0.2 | <50 | SD12C | SMC12 | ||
| 26 | RS485接口 | 10 | <50 | 3R090-5S | SMD1812P050TF | SM712 | |
| 27 | CAN總線接口 | 1 | <50 | 3R090-5S | SMD1812P050TF/24 | SMC24 | SD24C |
| 28 | LIN總線接口 | 1 | <50 | 3R090-5S | SMD1812P050TF | SMC24 | SD24C |
| 29 | xDSL接口 | 2 | <100 | SR70 | |||
| 30 | RF /GPS天線接口 | 1000 | <1 | SMD4532-090 | ULC0511CDN | ||
| 31 | GPIO接口 | 5 | <100 | SDA05W5 | SD05C | ||
| 32 | 5V直流電源接口 | - | <1000 | SMBJ5.0CA | SMCJ5.0CA | ||
| 33 | 12V直流電源接口 | - | <1000 | SMBJ12CA | SMCJ12CA | ||
| 34 | 48V電源接口 | - | <1000 | SMCJ48CA | |||
| 35 | 24V汽車電源口 | - | <1000 | SMCJ36CA | SM8S36CA | ||
| 36 | 220V交流電源接口 | - | <1000 | 2R600-8L | 20D561KJ |