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引言

在電子設(shè)備中，靜電放電(ESD)、雷擊、浪涌電壓等瞬態(tài)過壓事件可能瞬間損壞精密電路。ESD二極管和TVS(瞬態(tài)電壓抑制)二極管是兩類關(guān)鍵保護(hù)元件，需根據(jù)應(yīng)用場景選擇：

ESD二極管：主要用于防靜電，有一定的浪涌防護(hù)能力，適用于信號接口、Vbus(USB總線電源)、VCC等電源的靜電防護(hù)。

TVS二極管：適用于浪涌電壓(如雷擊浪涌、開關(guān)瞬變)的防護(hù)，常見于工業(yè)設(shè)備(電源、通信設(shè)備)和汽車電子。

在典型保護(hù)電路中，二極管并聯(lián)在信號/電源線和地的兩端，如下圖示：

本文雷卯EMC小哥將從參數(shù)解析、選型步驟及案例分析三方面，協(xié)助工程師快速選擇合適的保護(hù)器件。

 

ESD/TVS二極管的原則

保護(hù)二極管需滿足以下核心要求：

1、正常工作時(shí)“不干擾”

反向工作電壓(VRWM)：必須高于電路最大工作電壓的峰值(VRWM ≥最大工作電壓)，例如5V電路需選VRWM≥5V的器件

 漏電流(IR)：在最高工作溫度(如85℃)下，IR需低于電路允許值(μA或nA級)

 寄生電容(CJ)：高頻信號線路(如USB 3.0)需CJ<0.5pF

2、過壓時(shí)“精準(zhǔn)鉗位”

 鉗位電壓(VC)：需低于被保護(hù)器件的耐壓極限(如芯片耐壓10V，則VC≤10V).

浪涌電流(IPP)：根據(jù)應(yīng)用場景選擇脈沖類型，再根據(jù)脈沖類型及測試等級選擇，參考IEC 61000-4-2(ESD)或IEC 61000-4-5(浪涌)的測試條件。

脈沖類型	參數(shù)	對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)	應(yīng)用場景
矩形脈沖	波形：矩形（方波） 幅值、寬度可調(diào)	IEC 61000-4-5 GB/T 17626.5	快速電壓變化（如開關(guān)操作）
正弦波脈沖	頻率：50/60 Hz  幅值可調(diào)	IEC 61000-4-13 GB/T 17626.13	電網(wǎng)波動(dòng)（過壓/欠壓）
鋸齒波脈沖	上升/下降時(shí)間可調(diào)  幅值可調(diào)	定制標(biāo)準(zhǔn)（參考 IEC 61000-4）	模擬快速上升、緩慢下降的瞬態(tài)（如開關(guān)電源紋波）
8/20 μs 波形	上升時(shí)間：8 μs  下降時(shí)間：20 μs	IEC 61000-4-5 GB/T 17626.5	雷擊浪涌
1.5/50 μs 波形	上升時(shí)間：1.5 μs  下降時(shí)間：50 μs	IEC 61000-4-5 GB/T 17626.5	間接雷擊或開關(guān)瞬態(tài)
靜電放電（ESD）脈沖	電路：330 Ω 150 pF	IEC 61000-4-2	靜電：±2kV~±15kV
人體放電模型（HBM）	電路：1500 Ω 100 pF	ESD-STM5.1-1998 JEDEC JESD22-A114	靜電：±2kV~±20kV
10/1000 μs 指數(shù)脈沖	上升時(shí)間：10 μs 下降時(shí)間：1000 μs	ISO 7637-2 或 IEC 61000-4-10	長持續(xù)時(shí)間浪涌（電網(wǎng)故障或汽車負(fù)載突降）
負(fù)載突降（Load Dump）	持續(xù)時(shí)間：100 ms~1s 電壓：125%~150%額定電壓	ISO 7637-2 / ISO 16750-2	汽車電子（發(fā)電機(jī)卸載導(dǎo)致的電壓驟升）

 

關(guān)鍵參數(shù)解析與選型表

選型步驟與案例分析

1、確定應(yīng)用場景：用于消費(fèi)電子、工業(yè)設(shè)備、還是汽車電子?信號路還是電源路?靜電防護(hù)還是浪涌防護(hù)?浪涌防護(hù)需要過什么測試標(biāo)準(zhǔn)?PCB布局對于封裝的需求。

2、參數(shù)考量：工作電壓VRWM和溫度范圍TA、漏電流IR和電容CJ、鉗位電壓VC和浪涌電流IPP。

3、案例1：手機(jī)(消費(fèi)電子)USB 3.0(信號)ESD防護(hù)：

 

Vbus電源線：

  選型：ESDA05CP(VRWM=5V，VC=10V，IPP=8A/8/20μs)

  驗(yàn)證：VC≤10V(低于芯片耐壓15V)，符合±15kV 接觸放電，±25kV 空氣放電：

D+D-數(shù)據(jù)線：

  選型：ULC0502P3(CJ=0.6pF，IEC 61000-4-2 ±30kV空氣放電);

  驗(yàn)證：USB2.0的數(shù)據(jù)信號Cj≤0.6pF，不影響信號完整性。

SSTX/SSRX高速信號線：

選型：ULC0524P(CJ=0.3pF，IEC 61000-4-2 ±30kV空氣放電)。

案例2： 12V直流電源浪涌保護(hù)

根據(jù)電源所處環(huán)境選擇合適保護(hù)電流的ESD/TVS器件，如需滿足IEC61000-4-5浪涌高等級測試需選用大功率SMC器件。

 

消費(fèi)電子設(shè)備的次級12V直流電源，可以采用ESD器件SD12C/SD1271P6W，封裝小節(jié)省空間，滿足IEC61000-4-2，等級4，接觸放電30KV，空氣放電30KV。 也有一定的抗浪涌能力IEC61000-4-5 (Lightning) 15A (8/20μs).

 

 

工業(yè)設(shè)備(如PLC、傳感器、通信基站電源模塊)，應(yīng)對雷擊浪涌(8/20μs波形)、電網(wǎng)切換瞬變、開關(guān)電源反向電動(dòng)勢，IEC 61000-4-5(1-4級);

工作電壓(VRWM)：一般建議TVS二極管的Vrwm大于1.2倍的電源電壓，選15V如SMBJ15CA，避免因電源自身的電壓波動(dòng)而頻繁誤觸發(fā)TVS。

   鉗位電壓(VC)：需低于被保護(hù)器件耐壓，如后端DCDC耐壓40V，選VC≤40V(如工作電壓和后端耐壓區(qū)間較窄，雷卯有回掃型TVS器件可供選擇，如針對24V DC直流電源的后端耐壓35V的，LM1K24CA，SMB封裝小，低殘壓VC=35V，單顆保護(hù)水平可以到2KV)

選型建議留有足夠的保護(hù)裕量，高溫環(huán)境需注意增加散熱措施，防止TVS管過熱導(dǎo)致的損壞‌。必要時(shí)可以采用多級保護(hù)，GDT泄放大電流，TVS精準(zhǔn)鉗位。(級聯(lián)順序GDT→TVS)

案例3： 12V汽車電源浪涌保護(hù)

和工業(yè)電源不同的是，汽車電源波動(dòng)更大，測試標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)苛，需要過ISO 7637-2/ ISO 16750-2標(biāo)準(zhǔn)中的系列測試，此標(biāo)準(zhǔn)中最為嚴(yán)苛的為Pulse 5A波形和參數(shù)如上。

工作電壓(VRWM)：12V系統(tǒng)一般選24V器件(如SMBJ24CA)

鉗位電壓(VC)：低于汽車電子器件耐壓

浪涌電流：ISO 7637-2脈沖5A(電壓峰值200V)和ISO 16750-2負(fù)載突降測試

溫度范圍：-40℃~+125℃(AEC-Q101認(rèn)證)

 

總結(jié)與建議

 選型優(yōu)先級：VRWM > VC > CJ(高頻場景);

場景適配：

1、消費(fèi)電子：低CJ + 高ESD等級(如±15kV接觸放電);

2、工業(yè)設(shè)備：高IPP(如200A浪涌)，低鉗位電壓VC;

3、汽車電子：符合ISO 7637-2/ ISO 16750-2標(biāo)準(zhǔn)，滿足ACQ-101認(rèn)證的車規(guī)器件;

關(guān)鍵點(diǎn)：需通過實(shí)際測試確認(rèn)參數(shù)達(dá)標(biāo)，避免理論選型偏差。

布局：TVS引線長度≤20mm，接地線直接連接電源地層，減少寄生電感。

希望通過參數(shù)解析和案例分析，工程師們可以快速定位目標(biāo)器件，避免因選型不當(dāng)導(dǎo)致的系統(tǒng)故障。