前言文档版本V1.0编制目的规范瞬态电压抑制器TVS选型、电路设计、PCB布局、降额设计及测试验证用于电源端口、信号端口的ESD、电快速脉冲群、浪涌过电压防护防止后端半导体器件被瞬态高压击穿损坏。适用范围板级硬件ESD、EFT、小能量浪涌防护不适用于大功率雷电浪涌大能量吸收场景大功率雷电浪涌优先MOV/GDT。参考标准IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-4、IEC 61000-4-5、GB/T 175731 术语与定义VRWM反向工作峰值电压TVS最大允许持续施加的直流电压正常工作下TVS不导通、漏电流极小。VBR击穿电压规定测试电流下TVS开始击穿导通的电压。VC最大钳位电压残压规定峰值脉冲电流下TVS两端最高电压后端芯片耐压必须大于该值为保护设计最关键参数。IPP峰值脉冲电流规定脉冲波形通常10/1000μs下TVS可承受最大脉冲电流。Pppm峰值脉冲功率PppmVC×IPP器件可承受的瞬态脉冲功率。IR反向漏电流VRWM电压下的漏电流信号端口需重点关注避免直流电平偏移。电容Cj结电容高速信号端口关键参数电容过大会造成信号边沿畸变、带宽下降。2 选型核心参数设计准则2.1 反向工作峰值电压 VRWM基本原则正常稳态工作时TVS必须保持截止状态不能影响电路正常工作。直流电源端口VRWM ≥ 电路最大稳态直流电压Vcc(max)交流信号/交流小电压VRWM ≥ 信号最大峰值电压降额建议VRWM ≥ 1.1倍系统最高稳态电压避免电压波动导致TVS持续漏电。禁止VRWM低于系统正常工作电压会导致TVS常导通发热烧毁。2.2 击穿电压 VBRVBR VRWMVBR存在公差通常±5%~±10%。选型原则VBR不能过低防止电路噪声触发TVS误动作也不能过高否则残压VC升高保护能力变差。2.3 最大钳位电压 VC残压最重要参数VC必须小于后端被保护器件的绝对最大耐压值。重点提醒不要使用VBR评估保护效果必须以VC作为芯片耐压校核依据。2.4 峰值脉冲电流 IPP / 峰值脉冲功率 PppmTVS脉冲功率一般基于10/1000μs脉冲波形。选型原则TVS标称Pppm ≥ 实际瞬态脉冲功率降额设计实际脉冲功率 ≤ 0.7 × TVS额定峰值脉冲功率。区分ESD小电流ns级、EFT中能量、雷电浪涌大能量优先MOVTVS适合小、中能量瞬态脉冲。2.5 反向漏电流 IR电源端口IR影响较小高速信号、高阻抗采样端口IR必须很小防止静态电平偏移、精度下降。2.6 结电容 Cj低速信号/电源口结电容影响可忽略高速信号USB2.0、CAN、LVDS、以太网等必须选用低电容TVSCjpF级避免信号衰减、上升沿劣化、眼图变差。3 TVS器件分类与选型取舍单向TVS仅单向钳位适合直流电源正向为二极管导通压降双向TVS正负双向均可钳位适合交流信号、差分信号、交流小电压回路。器件优势劣势适用场景单向TVS同封装下功率更高漏电流小只能单向保护直流电源轨防护双向TVS正负脉冲都可钳位同等封装下功率略低信号口差分总线交流小信号低电容TVS结电容极低不影响高速信号脉冲功率偏小USB、HDMI、CAN、RS485、LVDS大功率TVS脉冲功率高结电容大体积大电源端口EFT、小浪涌4 电路设计规则4.1 基本拓扑单端电源单向TVS阴极接电源轨阳极接GND单端信号双向TVS一端接信号线一端接GND差分信号推荐差分对专用TVS阵列匹配差分阻抗保证两路结电容一致性。4.2 TVS串并联设计并联TVS同型号双向/单向TVS并联提升总脉冲电流缺点器件参数不一致电流分配不均不推荐优先使用优先选单颗大功率TVS。串联TVS提高总VRWM必须匹配均压工程极少使用会抬高残压VC。4.3 多级防护搭配TVSMOV/GDT当端口同时存在雷电浪涌和ESD一级GDT/MOV泄放大能量浪涌二级TVS做后端精细钳位吸收残余过电压保护芯片注意两级之间需要串联限流电阻/电感配合能量配合防止前级动作后高压直接击穿TVS。4.4 限流电阻配合信号端口常用信号线路ESD防护TVS前端串联小阻值限流电阻几十Ω和TVS构成RC吸收回路限制ESD电流降低TVS压力电阻功率选型满足稳态压降要求。5 PCB布局规范强制要求TVS必须紧贴被保护芯片引脚越近越好尽量缩短TVS到芯片的引线减小引线电感引线电感会极大抬高瞬态残压导致保护失效。TVS接地引脚直接连接到低阻抗地平面地线短粗减小地弹。瞬态泄放回路面积最小化减少环路面积降低感应电压。信号端口TVS差分信号两根信号线走线长度匹配TVS阵列对称布局保证差分阻抗一致。TVS与端口连接器之间可预留限流电阻位置TVS不能放在连接器远端远离芯片。大功率TVS预留散热铜皮高压信号注意爬电距离。6 禁止使用场景大功率雷电浪涌8/20μs大电流TVS能量容量不足容易烧毁优先MOV/GDT持续过电压工况TVS持续导通会过热烧毁TVS仅用于瞬态脉冲不能承受持续工频过压极高阻抗微弱信号漏电流IR过大的普通TVS会造成信号偏移必须选用超低漏电流型号。7 可靠性降额规范强制反向稳态电压VRWM ≥1.1倍系统最高稳态电压脉冲功率实际脉冲功率 ≤0.7×额定峰值脉冲功率环境温度环境温度70℃时功率进一步降额温度越高可承受脉冲功率越低。8 测试验证项目静态参数测试VRWM、VBR、IR核对器件规格ESD抗扰测试IEC61000-4-2接触放电/空气放电EFT电快速脉冲群测试IEC61000-4-4浪涌测试若需要IEC61000-4-5小能量浪涌测试后复测IR、VBR确认器件无永久损伤信号完整性测试高速信号眼图、带宽测试评估TVS结电容对信号影响。9 TVS选型评审检查表☐ VRWM ≥系统最大稳态电压留1.1倍裕量☐ 最大钳位电压VC小于后端器件最大耐压☐ 单向/双向TVS选型匹配电路类型直流/交流信号☐ 高速信号端口已校核结电容Cj选用低电容型号☐ 峰值脉冲功率满足ESD/EFT需求完成功率降额核算☐ PCB布局TVS靠近被保护器件泄放环路最小☐ 差分信号使用TVS阵列保证两路参数匹配☐ 多级防护方案已做能量配合增加限流元件☐ 测试计划包含ESD/EFT高速口增加信号完整性验证10 典型选型示例示例1DC5V电源端口ESD/EFT防护最大稳态电压5VVRWM≥5.5V选用单向TVSVRWM6VVC10VPppm≥500W。示例2USB2.0高速信号防护差分信号速率480Mbps选用双向低电容TVS阵列Cj3pFVRWM≥5VVC8V。示例3CAN总线信号防护差分总线双向信号双向低电容TVS阵列VRWM≥24V低结电容满足总线信号要求。