220V双向TVS二极管,如何正确选型?

本文介绍了220V双向TVS二极管的选型知识,强调了选择过程中需要考虑封装、功率和峰值脉冲电流等因素。不同型号的TVS如SMF220CA、SMAJ220CA等,其差异在于封装、功率,而正确的选型关乎电路保护效果。电子工程师应理解TVS的保护原理,避免因选型不当导致EMC测试失败。东沃电子提供专业的产品、选型服务及电磁兼容设计支持。

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前日,来自贵州的一位新客户前来东沃电子咨询:“220V工作电压的TVS二极管,双向,有哪些型号?”根据TVS工作电压来询料,这在业内都是很常见的,可见客户对TVS的目标需求还算是比较明确的,但是,这远远是不够的!要知道,TVS瞬态抑制二极管选型,是一门很大的学问,不仅需要超强的理论知识,还需要丰富的实践经验来支持。

TVS二极管

TVS瞬态抑制二极管工作电压最低可做到3.3V,最高可达600V,甚至更高,220V瞬态抑制二极管,属于高压TVS二极管行列之中,具体型号有:

1)单向:SMF220A(200W功率 SOD-123封装 丝印TZ)、SMAJ220A(400W功率 DO-214AC封装 丝印SX)、SMBJ220A(600W功率 DO-214AA封装 丝印PX)、SMCJ220A(1500W功率 DO-214AB封装 丝印GHX)、3KP220A(3000W功率 P600封装)、SMDJ220A(3000W功率 DO-214AB封装 丝印PHX)、5KP220A(5000W功率 P600封装)、5.0SMDJ220A(5000W功率 DO-214AB封装 丝印5PHX)、15KP220A(15000W功率 P600封装);
双向TVS管5.0SMDJ220CA

2)双向:SMF220CA(200W功率 SOD-123封装 丝印PZ)、SMAJ220CA(400W功率 DO-214AC封装 丝印VX)、SMBJ220CA(600W功率 DO-214AA封装 丝印EX)、SMCJ220CA(1500W功率 DO-214AB封装 丝印BHX)、3KP220CA(3000W功率 P600封装)、SMDJ220CA(3000W功率 DO-214AB封装 丝印DHX)、5KP22

<think>我们正在讨论TVS管的选型方法。根据引用内容,TVS管用于保护电路免受瞬态高能量冲击(如静电放电、浪涌脉冲)。选型需要关注多个参数,包括工作电压、钳位电压、功率等。以下将系统化介绍选型步骤。 ### TVS选型核心步骤 #### 1. **确定电路工作参数** - **最大工作电压 $V_{work\_max}$** TVS管的**反向关断电压 $V_{RWM}$** 必须大于电路的最大持续工作电压[^1]: $$ V_{RWM} \geq V_{work\_max} $$ 例如:12V电路需 $V_{RWM} \geq 12V$,推荐留20%余量(即 $V_{RWM} \geq 14.4V$)。 - **信号类型** 直流电路单向TVS,交流或正负脉冲双向TVS[^2]。 #### 2. **计算瞬态电压需求** - **钳位电压 $V_C$** TVS管在浪涌时的最大压降必须低于被保护器件的**最大耐受电压 $V_{max\_device}$**: $$ V_C \leq V_{max\_device} $$ 例如:保护耐压30V的IC,需 $V_C < 30V$。 - **击穿电压 $V_{BR}$** 满足 $V_{BR} > V_{work\_max}$,且 $V_{BR}$ 与 $V_C$ 关系为: $$ V_C \approx 1.2 \times V_{BR} \quad \text{(经验系数)} $$ #### 3. **浪涌能量匹配** - **峰值脉冲功率 $P_{PP}$** 根据浪涌波形(如8/20μs)和预期电流 $I_{PP}$ 计算: $$ P_{PP} = V_C \times I_{PP} $$ 选型需满足 TVS 的 $P_{rated} > P_{PP}$[^3]。 - **降额设计** 高温环境下功率需降额(如引用[3]中4000W器件在85°C时降为2000W): $$ P_{actual} = P_{rated} \times \text{温度降额系数} $$ #### 4. **关键参数验证** | 参数 | 符号 | 验证条件 | 示例值 | |---------------------|--------------|-----------------------------------|-----------------| | 反向关断电压 | $V_{RWM}$ | $\geq 1.2 \times V_{work}$ | 15V (用于12V系统)| | 钳位电压 | $V_C$ | $\leq 0.8 \times V_{break\_dev}$ | 24V (保护30V IC)| | 峰值脉冲电流 | $I_{PP}$ | $\geq I_{surge}$ | 100A (8/20μs) | | 结电容 | $C_j$ | 高频电路要求 $C_j < 10pF$ | 5pF (USB3.0) | ### 选型实例(24V直流系统) ```mermaid graph TD A[24V直流电源] --> B[TVS管] B --> C[被保护IC<br>耐压36V] subgraph 参数 B[型号:SMBJ26CA<br>$V_{RWM}=26V$<br>$V_C=42.1V$<br>$P_{PP}=6000W$] end ``` - **计算验证**: 1. $V_{RWM}=26V > 24V \times 1.2 = 28.8V$? → **不满足**,需重! 2. 改 **SMBJ28CA**: - $V_{RWM}=28V > 28.8V$ → **满足** - $V_C=45.2V < 36V \times 1.2 = 43.2V$? → **不满足**(需权衡) 3. **优化方案**: - 增加稳压二极管辅助钳位,或用多级防护。 ### 高频场景特殊处理 当保护高速接口(如USB3.0、HDMI)时: - **低电容TVS**:$C_j < 0.5pF$ 避免信号失真 - **拓扑优化**: ```mermaid circuit LR 信号线 --> TVS1[TVS管] --> GND 信号线 --> R[电阻] --> IC ``` - TVS管吸收大浪涌,电阻限制残压 --- §§ 相关问题 §§ 1. 如何计算8/20μs浪涌波形下的 $I_{PP}$ 值? 2. TVS管与压敏电阻(MOV)在浪涌防护中的协同设计方法? 3. 汽车电子12V系统中TVS选型的特殊要求? 4. 如何通过示波器测量TVS管的实际钳位电压? [^1]: TVS选型需确保反向关断电压大于电路最大工作电压[^1] [^2]: 双向TVS适用于交流或正负脉冲场景[^2] [^3]: 功率降额计算参考引用[3]案例[^3]</think>### TVS选型方法详解 TVS管(瞬态电压抑制二极管)的选型需综合考虑电路特性、防护需求和器件参数。以下是系统化的选型步骤: --- #### **一、核心参数匹配** 1. **工作电压 $V_{RWM}$** - **定义**:TVS管正常工作的最高直流电压 - **选型规则**: $$ V_{RWM} \geq V_{circuit\_max} \times 1.2 $$ 例如:12V电路需 $V_{RWM} \geq 14.4V$(推荐SMBJ15A)[^1] 2. **钳位电压 $V_C$** - **关键作用**:浪涌时限制电压的最高值 - **选型约束**: $$ V_C \leq V_{device\_max} \times 0.8 $$ 例如:保护耐压30V的IC,需 $V_C \leq 24V$[^2] 3. **峰值脉冲功率 $P_{PP}$** - **计算步骤**: ```math \begin{align*} &1.\ \text{确定浪涌电流} I_{PP}\ (\text{如8/20μs波形}) \\ &2.\ P_{PP} = V_C \times I_{PP} \\ &3.\ \text{选型要求:} P_{rated} \geq P_{PP} \times 1.5 \end{align*} ``` - **实例**: 某电路 $I_{PP}=50A$,$V_C=24V$ → $P_{PP}=1200W$,需 $P_{rated} \geq 1800W$ 的TVS[^3] --- #### **二、特殊场景处理** | 场景 | 选型要点 | 器件示例 | |---------------------|--------------------------------------------------------------------------|------------------| | **高频信号线** | 结电容 $C_j < 5pF$ 避免信号失真 | SMAJ5.0CA(3pF) | | **交流电源** | 必须双向TVS管 | SMBJ220CA | | **高温环境** | 功率降额:$P_{actual} = P_{rated} \times (1 - \frac{T_j - 25^\circ C}{150})$ | 85°C时功率减半[^3] | | **ESD防护** | 响应时间 $<1ns$,优先低电容型号 | PESD5V0S1UT | --- #### **三、协同设计技巧** ```mermaid graph LR A[浪涌源] --> B[TVS管] --> C[被保护电路] B --> D[GND] subgraph 增强防护 C --> E[串联电阻] E --> F[二次TVS] end ``` - **多级防护**:主TVS处理大能量浪涌,次级TVS(如3.3V)精细钳位 - **布局要点**:TVS管接地引脚长度 $< 25mm$,优先放置在接口入口处[^1] --- #### **四、选型验证流程** 1. 测量电路最大工作电压 $V_{work}$ 2. 确定被保护器件极限耐压 $V_{max}$ 3. 预估浪涌电流 $I_{PP}$(参考IEC 61000-4-5标准) 4. 计算所需 $P_{PP}$ 并增加50%余量 5. 验证 $C_j$ 是否满足信号完整性 6. 高温场景需重新计算功率余量 > **案例**:48V车载系统防护 > - 选型:SMCJ58CA($V_{RWM}=58V$, $V_C=93.6V$, $P_{PP}=1500W$) > - 验证:$58V > 48V \times 1.2=57.6V$,$93.6V < 120V \times 0.8=96V$,满足要求 ---
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