24小時(shí)技術(shù)服務(wù)熱線在電子設(shè)備朝著小型化、高密度、高集成度發(fā)展的浪潮中，瞬態(tài)過電壓（如靜電放電、雷擊浪涌、電源開關(guān)噪聲等）對電路的威脅愈發(fā)顯著。貼片TVS 二極管（Transient Voltage Suppressor Diode）作為一種專為抑制瞬態(tài)過電壓設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體器件，憑借其響應(yīng)速度快、浪涌吸收能力強(qiáng)、體積小巧等特性，已成為消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域不可或缺的保護(hù)元件。小編帶大家從技術(shù)原理、性能參數(shù)、選型策略及應(yīng)用場景等維度，全面解析貼片 TVS 二極管的核心技術(shù)特性。
一、貼片 TVS 二極管的結(jié)構(gòu)與工作原理
貼片 TVS 二極管的核心結(jié)構(gòu)基于 PN 結(jié)的雪崩擊穿效應(yīng)，其芯片采用平面工藝或臺(tái)面工藝制造，通過特殊的摻雜技術(shù)形成高濃度的 PN 結(jié)。與傳統(tǒng)插件 TVS 二極管相比，貼片式封裝（如 SOD-123、SMB、SMA、DFN 等）通過減小封裝體積、優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了更好的散熱性能和高頻響應(yīng)特性。
其工作機(jī)制可分為三個(gè)階段：
常態(tài)截止階段：在電路正常工作時(shí)，TVS 二極管處于反向偏置狀態(tài)，兩端電壓低于其擊穿電壓（VBR），此時(shí)器件呈現(xiàn)高阻抗特性，漏電流極?。ㄍǔＴ?nA 級(jí)），對電路的正常工作幾乎無影響。
瞬態(tài)響應(yīng)階段：當(dāng)電路中出現(xiàn)瞬態(tài)過電壓（如靜電放電產(chǎn)生的數(shù)千伏脈沖），TVS 二極管兩端電壓瞬間超過 VBR，PN 結(jié)迅速進(jìn)入雪崩擊穿狀態(tài)。此時(shí)，器件的阻抗從高阻態(tài)急劇下降至低阻態(tài)（通常為毫歐級(jí)），將瞬態(tài)大電流（可達(dá)數(shù)百安培）導(dǎo)入接地端，同時(shí)將兩端電壓鉗位在被保護(hù)電路可承受的安全范圍內(nèi)（即鉗位電壓 VC）。
恢復(fù)階段：瞬態(tài)過電壓消失后，TVS 二極管兩端電壓降至 VBR 以下，PN 結(jié)從雪崩擊穿狀態(tài)恢復(fù)至截止?fàn)顟B(tài)，器件重新呈現(xiàn)高阻抗特性，電路恢復(fù)正常工作。這一恢復(fù)過程無需人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了 “自恢復(fù)” 保護(hù)功能。
二、核心性能參數(shù)解析
貼片 TVS 二極管的性能參數(shù)直接決定其保護(hù)效果，選型時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注以下關(guān)鍵指標(biāo)：
（一）擊穿電壓（VBR）
擊穿電壓是指 TVS 二極管開始進(jìn)入雪崩擊穿狀態(tài)的臨界電壓，通常在 25℃環(huán)境溫度下測試。選型時(shí)，VBR 需高于被保護(hù)電路的最大正常工作電壓，一般建議留有 10%-20% 的余量。例如，對于 5V 工作電壓的電路，應(yīng)選擇 VBR≥6V 的 TVS 二極管，以避免正常工作時(shí)器件誤動(dòng)作。
（二）鉗位電壓（VC）
鉗位電壓是指在規(guī)定的峰值脈沖電流（IPP）作用下，TVS 二極管兩端的最大電壓。這一參數(shù)必須小于被保護(hù)器件的最大耐受電壓（如 CMOS 芯片的耐壓通常為 ±10V），否則可能導(dǎo)致被保護(hù)器件損壞。VC 與 VBR 的比值（鉗位系數(shù)）是衡量 TVS 保護(hù)性能的重要指標(biāo)，優(yōu)質(zhì)器件的鉗位系數(shù)通?！?.5。
（三）峰值脈沖電流（IPP）
峰值脈沖電流是指 TVS 二極管在規(guī)定的脈沖波形（如 10/1000μs、8/20μs）下能夠承受的最大非重復(fù)脈沖電流。該參數(shù)與器件的散熱能力、芯片面積密切相關(guān)，貼片封裝的 IPP 范圍通常從 1A 到 500A 不等。選型時(shí)需根據(jù)電路可能遭遇的最大瞬態(tài)電流（如雷擊浪涌電流、ESD 放電電流）確定，確保 IPP 大于實(shí)際可能出現(xiàn)的瞬態(tài)電流值。
（四）脈沖功率（PP）
脈沖功率是指 TVS 二極管在單次脈沖下能夠吸收的最大能量，計(jì)算公式為 PP=VC×IPP。該參數(shù)反映了器件吸收瞬態(tài)能量的能力，常見貼片 TVS 的脈沖功率范圍從 0.5W 到 5000W。例如，一款 VC=15V、IPP=30A 的 TVS 二極管，其脈沖功率 PP=15V×30A=450W。
（五）響應(yīng)時(shí)間
響應(yīng)時(shí)間是指 TVS 二極管從承受瞬態(tài)過電壓到進(jìn)入鉗位狀態(tài)的時(shí)間，通常在 ps 級(jí)（10-12 秒）。這一參數(shù)遠(yuǎn)小于其他保護(hù)器件（如壓敏電阻的響應(yīng)時(shí)間為 ns 級(jí)），使其能夠有效抑制高頻瞬態(tài)干擾（如靜電放電產(chǎn)生的上升沿為 1ns 的脈沖）。
（六）反向漏電流（IR）
反向漏電流是指 TVS 二極管在反向電壓（通常為額定工作電壓）下的電流，該參數(shù)越小，器件對電路的功耗影響越小。在低功耗電路（如電池供電設(shè)備）中，需選擇 IR 較小的型號(hào)（如≤100nA）。
三、選型策略與應(yīng)用場景
貼片 TVS 二極管的選型需結(jié)合被保護(hù)電路的特性、工作環(huán)境及瞬態(tài)干擾類型，具體策略如下：
確定保護(hù)對象：根據(jù)被保護(hù)器件的耐壓值（如接口芯片、傳感器、電源模塊等）確定 VC 的上限值，確保 VC≤被保護(hù)器件的最大耐受電壓。
匹配工作電壓：根據(jù)電路的正常工作電壓范圍選擇 VBR，一般要求 VBR≥1.2× 電路最大工作電壓。
評估瞬態(tài)能量：根據(jù)可能遭遇的瞬態(tài)干擾等級(jí)（如 IEC 61000-4-2 靜電放電標(biāo)準(zhǔn)、IEC 61000-4-5 浪涌標(biāo)準(zhǔn)）計(jì)算所需的 IPP 和 PP，確保器件的額定參數(shù)大于實(shí)際干擾能量。
考慮封裝與散熱：在高功率應(yīng)用場景（如汽車電源保護(hù)）中，需選擇散熱性能較好的封裝（如 SMA、SMB），并通過 PCB 布局優(yōu)化散熱路徑（如增大接地銅皮面積）。
其典型應(yīng)用場景包括：
消費(fèi)電子：智能手機(jī)的 USB Type-C 接口、耳機(jī)插孔需抵御 ±8kV 接觸放電和 ±15kV 空氣放電，通常選用 SOD-123 封裝的 0.5W-5W TVS 二極管；
汽車電子：車載 CAN 總線、LIN 總線、OBD 接口需滿足 ISO 16750-2 浪涌標(biāo)準(zhǔn)，常采用 SMB 或 SMA 封裝的 200W-500W TVS 二極管，以耐受 12V/24V 電源系統(tǒng)的負(fù)載切換浪涌；
工業(yè)控制：PLC 輸入輸出接口、傳感器信號(hào)線需防護(hù) ±25kV 空氣放電和 ±10kV 接觸放電，通常采用 DFN 封裝的高功率 TVS 二極管，并與氣體放電管、保險(xiǎn)絲組成多級(jí)保護(hù)電路；
通信設(shè)備：5G 基站的射頻接口、光模塊需抑制雷擊浪涌和電源紋波，選用具有低寄生電容（≤1pF）的高頻 TVS 二極管，避免影響信號(hào)傳輸質(zhì)量。
四、使用注意事項(xiàng)與技術(shù)趨勢
在實(shí)際應(yīng)用中，需注意以下要點(diǎn)以確保保護(hù)效果：
單向與雙向選擇：直流電路中選用單向 TVS 二極管（有正負(fù)極性），交流電路或無極性信號(hào)線路（如 HDMI、以太網(wǎng)）選用雙向 TVS 二極管；
布局優(yōu)化：TVS二極管應(yīng)盡可能靠近被保護(hù)接口，縮短接地路徑，避免 “地環(huán)路” 引入額外干擾；接地銅皮需足夠?qū)挻?，以降低接地阻抗?/p>
多級(jí)保護(hù)配合：在高能量浪涌場景（如戶外設(shè)備）中，可采用 “前級(jí)氣體放電管 + 后級(jí) TVS” 的多級(jí)保護(hù)方案，通過氣體放電管吸收大部分浪涌能量，TVS 二極管負(fù)責(zé)鉗位殘余電壓；
可靠性驗(yàn)證：需通過加速老化測試、溫度循環(huán)測試驗(yàn)證器件在極端環(huán)境下的可靠性，確保其在產(chǎn)品生命周期內(nèi)穩(wěn)定工作。
當(dāng)前，貼片TVS二極管的技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)三大趨勢：
高頻化與低寄生參數(shù)：通過芯片結(jié)構(gòu)優(yōu)化（如采用外延層工藝）降低寄生電容和電感，以適應(yīng) 5G、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀哳l場景；
集成化與多功能：將多個(gè) TVS 二極管集成在單一封裝內(nèi)（如 DFN 封裝的四通道 TVS），實(shí)現(xiàn)多線路同時(shí)保護(hù)，節(jié)省 PCB 空間；
車規(guī)級(jí)與高可靠性：開發(fā)滿足 AEC-Q101 標(biāo)準(zhǔn)的車規(guī)級(jí) TVS 二極管，提升在 - 40℃-125℃寬溫范圍內(nèi)的性能穩(wěn)定性，適應(yīng)新能源汽車的高壓平臺(tái)需求。
貼片 TVS 二極管作為電路系統(tǒng)的 “第一道防線”，其性能直接關(guān)系到電子設(shè)備的可靠性和安全性。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對其保護(hù)精度、響應(yīng)速度、集成度的要求將持續(xù)提升，推動(dòng) TVS 二極管向更高效、更智能的方向演進(jìn)。
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