一、关键参数考量
反向工作电压(VRWM):这是 TVS 二极管在截止状态下能长期承受的最大反向电压。选型时,必须确保 VRWM 高于电路的正常工作电压,一般建议 VRWM 为电路正常工作电压的 1.1 - 1.2 倍。例如,若电路正常工作电压为 5V,那么 VRWM 应选择 5.5V - 6V 左右的 TVS 二极管。若 VRWM 选择过低,TVS 二极管可能在电路正常工作时就导通,产生漏电流,影响电路正常运行;若 VRWM 过高,则在过压发生时,其箝位电压可能超出后级电路元件的耐受范围,无法起到有效保护。
击穿电压(VBR):当电路电压达到 VBR 时,TVS 二极管开始雪崩击穿,进入导通状态,将过电压引入地,保护后级电路。VBR 通常略高于 VRWM,且存在一定的容差范围,如 ±5% 或 ±10%。在选型时,要考虑电路中可能出现的最高瞬态电压,确保 VBR 在正常工作电压和最大瞬态电压之间,且结合容差因素,保证 TVS 二极管能在恰当的电压点导通。比如,某电路最大工作电压为 10V,可能出现的瞬态电压峰值为 15V,选择 VBR 为 12V(容差范围内)的 TVS 二极管较为合适。
峰值脉冲电流(IPP):该参数反映了 TVS 二极管在短时间内能够承受的最大瞬态电流。在实际电路中,雷击、电源开关等产生的浪涌电流可能对电路造成损害。通过电路分析和仿真,确定电路可能遭遇的最大瞬态电流,然后选择 IPP 大于该电流值的 TVS 二极管。例如,经计算某电路可能出现峰值为 30A 的瞬态浪涌电流,应选择 IPP 至少为 30A 的 TVS 二极管。需要注意的是,IPP 越高,TVS 二极管的保护能力越强,但通常其体积和成本也会相应增加,在一些对空间和成本敏感的应用中,要综合权衡。
箝位电压(VC):TVS 二极管导通后,会将电压箝位在一定水平,这个电压就是 VC。从保护电路的角度,VC 越低越好,以减少对电路中敏感元件的损害,但 VC 必须高于电路的正常工作电压,否则会导致 TVS 二极管在正常工作时误触发。在选型时,要保证 VC 低于被保护元件的最大耐受电压。例如,被保护芯片的最大耐受电压为 8V,电路正常工作电压为 5V,那么应选择 VC 在 5V - 8V 之间的 TVS 二极管,如 VC 为 6V 的型号。
二、其他参数关注
响应时间:TVS 二极管的响应时间非常关键,它决定了在瞬态电压出现时,TVS 二极管能否迅速动作。一般 TVS 二极管的响应时间在皮秒(ps)到纳秒(ns)级别,如齐纳二极管型 TVS 响应时间可达亚纳秒级,雪崩二极管型 TVS 响应时间一般在纳秒级。对于对瞬态电压响应要求极高的电路,如高速数据传输电路,应选择响应时间短的 TVS 二极管,以确保在电压突变瞬间就能起到保护作用。
结电容(Cj):结电容会对高频信号产生影响,电容越大,对高频信号的衰减和干扰就越严重。在高速数据传输线路(如 USB 3.0、HDMI 等)中,需要选择低结电容的 TVS 二极管,以保证信号的完整性。例如,在 USB 3.0 接口的保护中,应选择结电容小于 1pF 的 TVS 二极管。而对于低频或电源线路,结电容的影响相对较小,可以选择结电容较大但其他性能更优的 TVS 二极管。
三、电路应用场景适配
直流电源线路保护:在直流电源线路中,一般选择单向TVS二极管,例如,在常见的 5V 直流电源线路中,根据上述参数选择合适的单向 TVS 二极管,其 VRWM 略高于 5V,VBR 在合适范围,IPP 能承受可能的浪涌电流,VC 低于后级电路元件的耐受电压。
交流电源线路保护:交流电源线路的电压存在正负交替变化,因此需要选择双向 TVS 二极管。双向 TVS 二极管在正反向电压超过其击穿电压时均能导通,起到保护作用。比如在 220V 交流电源输入端,选择 VRWM 大于 220V 有效值(约 311V 峰值)的双向 TVS 二极管,同时满足其他参数要求,以应对可能出现的雷击等过压情况。
信号线路保护:信号线路对信号完整性要求较高,除了要考虑 TVS 二极管的电压、电流等参数,还需重点关注结电容。对于高速信号线路,如以太网接口,应选择低结电容、响应时间快的 TVS 二极管,确保在保护信号线路免受瞬态电压冲击的同时,不影响信号的正常传输。
四、封装形式选择
TVS二极管有多种封装形式,如直插式(DO - 15、DO - 201 等)和贴片式(SMA、SMB、SMC、SOT - 23 等)。直插式封装的 TVS 二极管通常功率较大,散热性能较好,适用于一些对功率要求较高、空间相对宽松的电路,如工业电源模块。贴片式封装则具有体积小、占用空间少的优点,广泛应用于便携式电子设备、高密度电路板等对空间要求严格的场景,如手机、平板电脑的电路板。在选择封装形式时,要根据电路的实际空间、功率需求以及安装工艺等因素综合考虑。
TVS二极管的选型需要全面、综合地考虑多个参数和应用场景因素。只有精准选型,才能充分发挥 TVS 二极管的过压保护作用,确保电子电路在复杂的电磁环境中稳定、可靠地运行。