01、前言

從事開(kāi)關(guān)電源的朋友們，會(huì)對(duì)端口做一些浪涌和ESD防護(hù)，經(jīng)常會(huì)在端口加TVS管，上兩期分享了TVS管的工作原理以及性能參數(shù)，本期分享一下TVS管如何選型。

02、核心參數(shù)選型要點(diǎn)

TVS選型主要參數(shù)有最大反向截止電壓、

2.1 反向截止電壓VRWM

（1）定義：TVS正常工作下能承受的最大反向耐壓

（2）選型原則

VRWM選型分交流電路和直流電路。

對(duì)于直流電路來(lái)說(shuō)，VRWM≥電路最高工作電壓*1.2~1.4倍；

對(duì)于交流電路來(lái)說(shuō)，VRWM≥電路峰值電壓*1.414倍（如220V交流需要VRWM≥311V）

（3）注意事項(xiàng)

VRWM過(guò)低會(huì)導(dǎo)致TVS管提前導(dǎo)通，比如說(shuō)VCC供電電壓部分會(huì)有幾伏的電壓波動(dòng)，如果TVS管只比VCC供電電壓高1V，很有可能觸發(fā)TVS管保護(hù)。

VRWM過(guò)高，鉗位電壓也會(huì)上升，查閱數(shù)據(jù)手冊(cè)就可以發(fā)現(xiàn)，如果后級(jí)電壓最大只需要15V，浪涌過(guò)來(lái)后，鉗位到20V，很有可能后級(jí)電路就會(huì)損壞。

2.2 鉗位電壓VC

（1）定義：TVS在承受峰值電流IPP時(shí)限制的最高電壓。

（2）選型原則

一般來(lái)說(shuō)，鉗位電壓VC要≤被保護(hù)電路能承受的最大耐壓的80%。

比如，后級(jí)電路耐壓30V，鉗位電壓VC要選擇30V*80%=24V

關(guān)聯(lián)參數(shù)擊穿電壓VBR，鉗位電壓和擊穿電壓的關(guān)系為VC=1.3*VBR。

2.3 峰值脈沖電流IPP和功率Pppm

（1）IPP計(jì)算：根據(jù)浪涌標(biāo)準(zhǔn)（如IEC 61000-4-5）估算浪涌電流。例如220V電源防雷需IPP ≥ 200A。

這種估算方法的核心邏輯是結(jié)合浪涌電壓等級(jí)、測(cè)試等效阻抗及波形特性計(jì)算。關(guān)于這種計(jì)算方法，我參考了一下AI，以下具體計(jì)算方法和依據(jù)：

（1.1）IEC 61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)的核心參數(shù)

1.雷擊浪涌波形定義

開(kāi)路電壓波形：1.2/50μs（上升時(shí)間1.2μs，半峰值時(shí)間50μs）。

短路電流波形：8/20μs（上升時(shí)間8μs，半峰值時(shí)間20μs）。

等效阻抗（Req）：（浪涌發(fā)生器上測(cè)試的阻抗有兩個(gè)2Ω和12Ω的含義）

電源線間測(cè)試：Req = 2Ω（模擬低壓電源阻抗）；

電源線對(duì)地測(cè)試：Req = 12Ω（2Ω發(fā)生器阻抗 + 10Ω耦合網(wǎng)絡(luò)）。

2.浪涌等級(jí)與電流峰值

IEC標(biāo)準(zhǔn)將浪涌分為不同等級(jí)（如1-4級(jí)），對(duì)應(yīng)不同開(kāi)路電壓和短路電流：

注：等級(jí)4（4kV/2000A）是工業(yè)設(shè)備的最高測(cè)試要求，但實(shí)際設(shè)計(jì)需根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇等級(jí)。

一般來(lái)說(shuō)歐規(guī)LED驅(qū)動(dòng)，小于25W使用差模0.5KV 2Ω+共模1KV 12Ω，大于25W使用差模1KV 2Ω+共模2KV 12Ω。

（1.2）20V電源防雷IPP ≥ 200A的計(jì)算邏輯

浪涌電流由歐姆定律推導(dǎo)：

Vsurge：測(cè)試?yán)擞侩妷海ㄈ绲燃?jí)2為1kV）；

Req：等效阻抗（電源線間測(cè)試取2Ω）。

我們通常國(guó)內(nèi)產(chǎn)品都是民用或工業(yè)220V交流電源，需滿足等級(jí)2防護(hù)（1kV浪涌）。

計(jì)算：

但實(shí)際選型常取 200A，原因如下：

降額設(shè)計(jì)：考慮多脈沖沖擊、器件老化及溫度影響，需預(yù)留余量（通常取計(jì)算值的40%~50%）。

多級(jí)防護(hù)：TVS通常作為二級(jí)保護(hù)，MOV/GDT承擔(dān)大部分電流（如MOV泄放500A，TVS泄放200A）。

成本與體積：200A TVS比500A器件更易集成，且滿足多數(shù)場(chǎng)景需求。

（2）功率計(jì)算：Pppm=VC*IPP，需要預(yù)留30%余量。

（3）根據(jù)規(guī)格書來(lái)看，功率都是在峰值脈沖功率波形@10/1000us下測(cè)試的，不能直接用于8/20us（感應(yīng)雷電下的短路浪涌電流）場(chǎng)景，經(jīng)驗(yàn)值來(lái)看，8/20us IPP約為10/1000us的5倍。

2.4 結(jié)電容Cj

結(jié)電容主要是影響高頻信號(hào)，結(jié)電容過(guò)大會(huì)導(dǎo)致信號(hào)畸變（如USB3.0要求Cj＜0.5pF） ，由于容抗效應(yīng)會(huì)影響高頻信號(hào)，Xc=1/2πfc，當(dāng)頻率升高，容抗降低，高頻信號(hào)容易通過(guò)結(jié)電容旁路到地，不會(huì)正常傳輸?shù)截?fù)載，所以TVS結(jié)電容選型要選小的，0.5pf以下，否則高頻信號(hào)會(huì)衰減。

對(duì)于低速電源線，結(jié)電容Cj＜100pF（如SMAJ系列）

對(duì)于高速接口（HDMI、以太網(wǎng)、USB3.0）：Cj ≤ 1pF（如DFN1006封裝）。

03、實(shí)際應(yīng)用的選型與計(jì)算

LED驅(qū)動(dòng)電源有0-10V調(diào)光應(yīng)用，針對(duì)0-10V調(diào)光端口我們會(huì)測(cè)試ESD，針對(duì)這種EMS測(cè)試，需要在調(diào)光線正負(fù)極之間增加TVS管。

由于是0-10V調(diào)光，最大直流工作電壓是在0-10V，根據(jù)我們上述的選型步驟，就可以正常選型。

第一，最大反向截止電壓VRWM的選型。

VRWM是電路最高工作電壓的1.4倍，所以10V*1.4=14V，VRWM可以選擇15V，暫時(shí)選擇晶導(dǎo)微的SMF15A。

第二，鉗位電壓VC的選型。

從選擇的VRWM來(lái)看，鉗位電壓VC是24.4V，按照鉗位電壓VC要≤被保護(hù)電路能承受的最大耐壓的80%計(jì)算下來(lái)，24.4V*80%=19.52V，調(diào)光線空載電壓是在15V左右，所以15V/0.8=18.75V，鉗位電壓VC可以滿足要求。

第三，峰值電流IPP和功率的選型。

由于要測(cè)試ESD，一般測(cè)試調(diào)光線的ESD電壓是±4KV，依據(jù)IEC 61000-4-2接觸放電標(biāo)準(zhǔn)，人體模型（HBM）：標(biāo)準(zhǔn)配置為 100pF電容 + 1500Ω串聯(lián)電阻（HBM模型標(biāo)準(zhǔn)值）。

所以IPP=Vesd/R=4KV/1500Ω=2.67A。

實(shí)際工程取值，考慮到多脈沖疊加和降額要求，需要留有余量，取3A。

功率為：Pppm=IPP*VC=3A*24.4V=73.2W

保留30%余量，73.2W*1.3=95.2W

而暫定的SMF15A的VC是200W，這樣看功率足夠用了。

第四，結(jié)電容的選型。

從規(guī)格書來(lái)看，沒(méi)有看到結(jié)電容的數(shù)值。不過(guò)對(duì)于低頻的調(diào)光線來(lái)說(shuō)，影響不大。

04、總結(jié)

總結(jié)一下，TVS選型要點(diǎn)：

1.要知道保護(hù)電路的最大耐壓，才能選擇VRWM和VC；

2.根據(jù)浪涌的類型計(jì)算峰值脈沖電流IPP和功率；

3.根據(jù)保護(hù)電路的端口是否是高速線路，如果是高速信號(hào)要低結(jié)電容（Cj＜1pF），如果是低速電源線，結(jié)電容Cj＜100pF。