CREATEK雷击浪涌防护指南——瞬态抑制二极管原理及应用

时间： 2023-11-23 来源：CREATEKMicroelectronics公众号

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瞬态抑制二极管（TVS）器件由齐纳二极管构成，通常由硅（Si）和碳化硅（SiC）的平面工艺制造，PN结的两边由重掺杂的III/V族元素构成，制造过程主要靠外延生长、氧化、结形成、晶圆减薄、电极金属化和引线封装、测试等工艺步骤完成。

TVS也是电压敏感器件，当干扰电压超过TVS的击穿电压时，TVS开始工作，由高阻态变成低阻态，泄放浪涌电流。

瞬态抑制二极管分为两种产品，一种叫TVS，一种叫ESD，实际上两个是同一种产品，只不过是对封装、功率以及做得功能要求不同，有所区分。TVS大家认为更多是来抑制雷击浪涌，ESD更多是来抑制静电。因为静电的能量较小，所以这种小型化的TVS功率都不会太高。有一点值得说明，ESD的容值是标明的，TVS则默认不标的，一般在几nF，ESD可以集成，在一个器件上对多条线路进行防护，TVS一般都只是单路防护。

由于TVS/ESD的稳定性非常好，同时电压等级可以做得的比较低，封装类型也非常齐全，所以广泛应用在各类电子产品中，包括但不限于笔记本电脑、手机、蓝牙耳机、智能音箱、扫地机器人以及在汽车电子中都有广泛的应用。

VI特性曲线：

这是一个双向的TVS，其VI特性曲线也是不满足欧姆定律的，在达到开启电压后，就可以泄放大部分电流，电压和电流不成正比。随着电流的增大，电压只在小范围内增加。

电气参数：

我们以CREATEK的SMAJ5.0CA为例，SMAJ5.0CA是双向，SMAJ5.0A是单向。后面依次是：丝印；单双向；工作电压5V；漏流1600uμA；击穿电压在6.4V~7.07V之间；IPP是43.48A；在电流达到最大时，残压是9.2V。

以上差不多就是TVS的全部参数，那我们能看到几个关于TVS的特性，首先，TVS的功率是固定的，在SMAJ这个系列是400W，那对应在SMAJ5.0CA时，能通过的浪涌电流在40多A，当对应在SMAJ8.0CA时，能通过的浪涌电流已经不足30A了，相应的残压也会高一些。所以TVS在高压时能通过的浪涌电流会随着电压的升高，越来越低，这就是为什么220V工频电做浪涌防护时，基本上不会用到TVS的特点。

其次，TVS在低压5V、6V时，漏流是很高的，所以对低功耗有要求的慎用。可以使用一些带浪涌抑制效果的ESD。

最后，由于TVS不是稳压二极管，它不能长时间导通，有一些客户用TVS来抑制长时间的直流、或者用做分压，一般是不建议这么使用的。长时间的直流可能导致TVS由于热效应最后损坏。

应用
举例：客户是DC12V供电，两线制一端正，一端负。供电电流在0.1A左右，现在要过浪涌2000V，波形是1.2/50μs组合波，问怎么做防护？怎么选择TVS管？

1、首先这种防护，要跟客户沟通，如果只用一颗TVS过这种浪涌，建议选择SMDJ15CA及这个功率以上的，选择的功率越高，TVS的残压越小，选择好以后，并联在客户的供电口，然后实际测试一下，一般来说由于客户后端的LDO也好，DC/DC也好，每一家的器件耐压不太一样，所以一般要实际测试之后才知道。

2、做组合方案的话，那可以选择用GDT做一级防护，具体参照GDT那节，然后再GDT后面并联一颗TVS，同时也是最关键的就是一定要在GDT和TVS中间串联进电路的主供电回路一颗电阻、电感或保险丝。具体如何选择退耦器件后面会有专门讲解两级防护的时候讲解，加上退耦器件的目的是推动一级器件启动，如果没有这颗退耦器件，那GDT一般来说是不会启动的。当GDT有了，退耦器件也有了，TVS就可以选择小一些，具体可以选择SMBJ15CA去测试，如果发现波形出现震荡可以在TVS后加电容滤波，同时退耦器件可以选择用阻性器件。

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产品型号	品类	Vʀᴡᴍ(V)	Iʀ Max(uA)	Vʙʀ Min(V)	Vʙʀ Max(V)	Iᴘᴘ(A)	Vᴄ Max(V)	Pᴘᴘ(W)	Package
SODJ5.0A	Power TVS	5	400	6.4	7.07	21.74	9.2	200	SOD-123FL