電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）之前在討論ESD的文章中，經(jīng)常提到ESD抑制器和TVS二極管，二者是進(jìn)行ESD防護(hù)和浪涌保護(hù)時(shí)非常常用的器件。TVS，也就是瞬態(tài)二極管，作為一種高效能保護(hù)元器件，兩極若受到反向瞬態(tài)高能量時(shí)候能夠吸收浪涌，對(duì)后級(jí)電路形成有效的保護(hù)。由于TVS起保護(hù)作用時(shí)動(dòng)作極為迅速，加之使用方便，因此在瞬變電壓防護(hù)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。

TVS的單極性雙極性之分

TVS在穩(wěn)壓二極管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，根據(jù)極性可分為單向TVS和雙向TVS，單極性TVS二極管一般適用于直流電路，單極性意味著他只對(duì)一個(gè)方向的浪涌電壓沖擊起保護(hù)作用，相當(dāng)于一個(gè)穩(wěn)壓二極管的作用。其正向特性與普通穩(wěn)壓二極管相同，反向擊穿拐點(diǎn)處為典型的PN結(jié)雪崩。當(dāng)有瞬時(shí)過(guò)壓脈沖時(shí)，器件的電流急驟增加而反向電壓則上升到鉗位電壓值，并保持在這一水平上。

雙極性TVS對(duì)相反的極性浪涌電壓沖擊都起保護(hù)作用，相當(dāng)于兩只穩(wěn)壓管反向串聯(lián)，雙極性TVS管保護(hù)器件一端接要保護(hù)的線路，一端接地，無(wú)論來(lái)自反向還是來(lái)自正向的ESD脈沖都能即時(shí)響應(yīng)，更有效地保護(hù)了IC，一般適用于交流電路中。雙極性TVS正反兩個(gè)方向都具有相同的雪崩擊穿特性和鉗位特性，一旦加在它兩端的干擾電壓超過(guò)鉗位電壓就會(huì)立刻被抑制掉。

適合移動(dòng)應(yīng)用的TVS

在5G基礎(chǔ)設(shè)施、5G手機(jī)、電動(dòng)汽車充電樁、個(gè)人電腦、工業(yè)電子等市場(chǎng)的推動(dòng)下，TVS二極管市場(chǎng)有大幅度的增長(zhǎng)。但由于供應(yīng)商原材料價(jià)格不斷上漲，半導(dǎo)體制造產(chǎn)能仍舊短缺并且成本還在增加。今年上半年，知名的TVS半導(dǎo)體廠商Semtech就發(fā)布漲價(jià)函，對(duì)所有TVS瞬態(tài)電壓抑制二極管新訂單進(jìn)行漲價(jià)。

火熱的手機(jī)、個(gè)人電腦等消費(fèi)類場(chǎng)景快速的發(fā)展，對(duì)TVS的抗浪涌提出了更高的要求。移動(dòng)設(shè)備不斷朝著尺寸小型化、功能多樣化和高度集成化方向發(fā)展，智能化、集成度越來(lái)越高，愈發(fā)容易受到ESD/EFT和共模/差模浪涌沖擊等浪涌電壓的干擾。

適合移動(dòng)應(yīng)用的TVS需要根據(jù)電路預(yù)期浪涌電流及可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率來(lái)確定峰值脈沖電流和額定脈沖功率，對(duì)手機(jī)設(shè)備的電路而言，500W的功率一般都能滿足其要求，對(duì)功率密度要求不高。另外，手機(jī)入網(wǎng)浪涌測(cè)試會(huì)要求±8kV靜電正常，空氣放電±15kV靜電正常。Nexperia的移動(dòng)應(yīng)用TVS則做到了單線接口±30kV的靜電放電正常。

不同于在工業(yè)以及汽車應(yīng)用中TVS考慮到功率密度封裝不可避免地會(huì)偏大，移動(dòng)設(shè)備這些非常有限的應(yīng)用里TVS會(huì)極其注重器件封裝大小。適用于移動(dòng)應(yīng)用的TVS二極管會(huì)通過(guò)調(diào)整和優(yōu)化有源區(qū)面積，盡可能減少所需PCB占用面積。

功率密度始終是工業(yè)級(jí)和汽車級(jí)TVS的最大考量

雖說(shuō)較大的封裝一直是TVS被人所詬病的地方，在工業(yè)級(jí)和汽車級(jí)應(yīng)用上的TVS也在盡可能將封裝做得更小，但功率密度始終是這類TVS應(yīng)用上最大的考量。

在不糾結(jié)封裝大小的設(shè)計(jì)下，ST的主流車規(guī)級(jí)TVS LDP01系列在175℃的寬溫度范圍滿足AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)、ISO 7637-2 Pulses 1、2a、3a、3b標(biāo)準(zhǔn)以及IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-4和ISO 10605關(guān)于靜電放電的要求，峰值脈沖功率5000W。

SM30TY Transil系列在保證足夠的功率密度（3000W）的同時(shí)給出了尺寸更小、成本更低廉且電涌保護(hù)功能符合要求的選擇。而采用SMB Flat封裝時(shí)的TVS功率密度為1500 W，高度僅有1.0 mm。工業(yè)級(jí)和汽車級(jí)TVS在封裝上的革新都建立在功率密度足夠的前提下。

小結(jié)

在器件端口和接口進(jìn)行防護(hù)，使其免受各種瞬態(tài)過(guò)壓事件的影響是提升電子器件可靠性重要的一環(huán)。目前在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，TVS的應(yīng)用圍繞著足夠的功率密度和更小的封裝做取舍，縮小封裝有源區(qū)面積減小后是否會(huì)存在ESD防護(hù)能力弱以及整個(gè)系統(tǒng)魯棒性降低的問(wèn)題則要看各廠商在TVS設(shè)計(jì)上的功力了。