在电子设备朝着小型化、高密度、高集成度发展的浪潮中，瞬态过电压（如静电放电、雷击浪涌、电源开关噪声等）对电路的威胁愈发显著。贴片TVS 二极管（Transient Voltage Suppressor Diode）作为一种专为抑制瞬态过电压设计的半导体器件，凭借其响应速度快、浪涌吸收能力强、体积小巧等特性，已成为消费电子、汽车电子、工业控制等领域不可或缺的保护元件。小编带大家从技术原理、性能参数、选型策略及应用场景等维度，全面解析贴片 TVS 二极管的核心技术特性。

一、贴片 TVS 二极管的结构与工作原理

贴片 TVS 二极管的核心结构基于 PN 结的雪崩击穿效应，其芯片采用平面工艺或台面工艺制造，通过特殊的掺杂技术形成高浓度的 PN 结。与传统插件 TVS 二极管相比，贴片式封装（如 SOD-123、SMB、SMA、DFN 等）通过减小封装体积、优化电极结构，实现了更好的散热性能和高频响应特性。

其工作机制可分为三个阶段：

常态截止阶段：在电路正常工作时，TVS 二极管处于反向偏置状态，两端电压低于其击穿电压（VBR），此时器件呈现高阻抗特性，漏电流极小（通常在 nA 级），对电路的正常工作几乎无影响。

瞬态响应阶段：当电路中出现瞬态过电压（如静电放电产生的数千伏脉冲），TVS 二极管两端电压瞬间超过 VBR，PN 结迅速进入雪崩击穿状态。此时，器件的阻抗从高阻态急剧下降至低阻态（通常为毫欧级），将瞬态大电流（可达数百安培）导入接地端，同时将两端电压钳位在被保护电路可承受的安全范围内（即钳位电压 VC）。

恢复阶段：瞬态过电压消失后，TVS 二极管两端电压降至 VBR 以下，PN 结从雪崩击穿状态恢复至截止状态，器件重新呈现高阻抗特性，电路恢复正常工作。这一恢复过程无需人工干预，实现了 “自恢复” 保护功能。

二、核心性能参数解析

贴片 TVS 二极管的性能参数直接决定其保护效果，选型时需重点关注以下关键指标：

（一）击穿电压（VBR）

击穿电压是指 TVS 二极管开始进入雪崩击穿状态的临界电压，通常在 25℃环境温度下测试。选型时，VBR 需高于被保护电路的最大正常工作电压，一般建议留有 10%-20% 的余量。例如，对于 5V 工作电压的电路，应选择 VBR≥6V 的 TVS 二极管，以避免正常工作时器件误动作。

（二）钳位电压（VC）

钳位电压是指在规定的峰值脉冲电流（IPP）作用下，TVS 二极管两端的最大电压。这一参数必须小于被保护器件的最大耐受电压（如 CMOS 芯片的耐压通常为 ±10V），否则可能导致被保护器件损坏。VC 与 VBR 的比值（钳位系数）是衡量 TVS 保护性能的重要指标，优质器件的钳位系数通常≤1.5。

（三）峰值脉冲电流（IPP）

峰值脉冲电流是指 TVS 二极管在规定的脉冲波形（如 10/1000μs、8/20μs）下能够承受的最大非重复脉冲电流。该参数与器件的散热能力、芯片面积密切相关，贴片封装的 IPP 范围通常从 1A 到 500A 不等。选型时需根据电路可能遭遇的最大瞬态电流（如雷击浪涌电流、ESD 放电电流）确定，确保 IPP 大于实际可能出现的瞬态电流值。

（四）脉冲功率（PP）

脉冲功率是指 TVS 二极管在单次脉冲下能够吸收的最大能量，计算公式为 PP=VC×IPP。该参数反映了器件吸收瞬态能量的能力，常见贴片 TVS 的脉冲功率范围从 0.5W 到 5000W。例如，一款 VC=15V、IPP=30A 的 TVS 二极管，其脉冲功率 PP=15V×30A=450W。

（五）响应时间

响应时间是指 TVS 二极管从承受瞬态过电压到进入钳位状态的时间，通常在 ps 级（10-12 秒）。这一参数远小于其他保护器件（如压敏电阻的响应时间为 ns 级），使其能够有效抑制高频瞬态干扰（如静电放电产生的上升沿为 1ns 的脉冲）。

（六）反向漏电流（IR）

反向漏电流是指 TVS 二极管在反向电压（通常为额定工作电压）下的电流，该参数越小，器件对电路的功耗影响越小。在低功耗电路（如电池供电设备）中，需选择 IR 较小的型号（如≤100nA）。

三、选型策略与应用场景

贴片 TVS 二极管的选型需结合被保护电路的特性、工作环境及瞬态干扰类型，具体策略如下：

确定保护对象：根据被保护器件的耐压值（如接口芯片、传感器、电源模块等）确定 VC 的上限值，确保 VC≤被保护器件的最大耐受电压。

匹配工作电压：根据电路的正常工作电压范围选择 VBR，一般要求 VBR≥1.2× 电路最大工作电压。

评估瞬态能量：根据可能遭遇的瞬态干扰等级（如 IEC 61000-4-2 静电放电标准、IEC 61000-4-5 浪涌标准）计算所需的 IPP 和 PP，确保器件的额定参数大于实际干扰能量。

考虑封装与散热：在高功率应用场景（如汽车电源保护）中，需选择散热性能较好的封装（如 SMA、SMB），并通过 PCB 布局优化散热路径（如增大接地铜皮面积）。

其典型应用场景包括：

消费电子：智能手机的 USB Type-C 接口、耳机插孔需抵御 ±8kV 接触放电和 ±15kV 空气放电，通常选用 SOD-123 封装的 0.5W-5W TVS 二极管；

汽车电子：车载 CAN 总线、LIN 总线、OBD 接口需满足 ISO 16750-2 浪涌标准，常采用 SMB 或 SMA 封装的 200W-500W TVS 二极管，以耐受 12V/24V 电源系统的负载切换浪涌；

工业控制：PLC 输入输出接口、传感器信号线需防护 ±25kV 空气放电和 ±10kV 接触放电，通常采用 DFN 封装的高功率 TVS 二极管，并与气体放电管、保险丝组成多级保护电路；

通信设备：5G 基站的射频接口、光模块需抑制雷击浪涌和电源纹波，选用具有低寄生电容（≤1pF）的高频 TVS 二极管，避免影响信号传输质量。

四、使用注意事项与技术趋势

在实际应用中，需注意以下要点以确保保护效果：

单向与双向选择：直流电路中选用单向 TVS 二极管（有正负极性），交流电路或无极性信号线路（如 HDMI、以太网）选用双向 TVS 二极管；

布局优化：TVS二极管应尽可能靠近被保护接口，缩短接地路径，避免 “地环路” 引入额外干扰；接地铜皮需足够宽大，以降低接地阻抗；

多级保护配合：在高能量浪涌场景（如户外设备）中，可采用 “前级气体放电管 + 后级 TVS” 的多级保护方案，通过气体放电管吸收大部分浪涌能量，TVS 二极管负责钳位残余电压；

可靠性验证：需通过加速老化测试、温度循环测试验证器件在极端环境下的可靠性，确保其在产品生命周期内稳定工作。

当前，贴片TVS二极管的技术发展呈现三大趋势：

高频化与低寄生参数：通过芯片结构优化（如采用外延层工艺）降低寄生电容和电感，以适应 5G、高速数据传输等高频场景；

集成化与多功能：将多个 TVS 二极管集成在单一封装内（如 DFN 封装的四通道 TVS），实现多线路同时保护，节省 PCB 空间；

车规级与高可靠性：开发满足 AEC-Q101 标准的车规级 TVS 二极管，提升在 - 40℃-125℃宽温范围内的性能稳定性，适应新能源汽车的高压平台需求。

贴片 TVS 二极管作为电路系统的 “第一道防线”，其性能直接关系到电子设备的可靠性和安全性。随着电子技术的不断发展，对其保护精度、响应速度、集成度的要求将持续提升，推动 TVS 二极管向更高效、更智能的方向演进。