TVS浪涌测试比较报告-XX-033P 系列与 RClamp03354P 系统防护能力对比

原创于 2025-11-03 09:46:23 发布 · 986 阅读

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#单片机 #嵌入式硬件 #笔记 #经验分享 #测试

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一、测试目的

模拟实际应用中客户端遭遇之损坏情境，并评估替代方案之可行性。
收集 VBR (breakdown voltage)／IR (漏電流) 曲線確認元件是否存在異常。
验证元件在浪涌条件下之表现，包含浪涌波形触发、导通电压差异，并比较不同TVS元件的浪涌防护表现，观察其导通电压、峰值电压及钳位电压差异。

二、测试条件与方法

测试对象
XX-033P 系列（因客户反映该元件于实际应用中保护效果不佳，疑似导致 PHY 损毁，故本次测试针对新样品与退回之元件进行比对分析，以确认其 VBR/IR 特性及浪涌保护能力。针对退回样品，亦进一步验证其是否已遭破坏，藉以评估该组件在实际系统中之保护效能与可靠性。）
RClamp03354P（与 XX-033P 系列进行对比测试，以确认 RClamp03354P 是否具备更佳的保护效）
两个组件功能一样，但是内部架构有所差异
XX-033P

RClamp03354P

三、测试退回样品( 分析异常板端之XX-033P)

量测重点
- 导通电压（Turn-on Voltage）
- 漏电流（IR）
- 钳位电压（Clamping Voltage）
- 系统输出状态（视频 PHY 是否异常）
测试结果
- 透过导通电压与漏电流测试，确认退回样品各 Pin 电气特性均落在合理范围内，未见异常损坏情形，整体功能判定为正常。

四、单体测试

测试条件
- 采用 8/20 μs 浪涌波形进行测试
- 施加电压逐级上升，观察系统功能变化与 TVS 行为特性

1. XX-033P

TVS 于12V 尚未触发，可以看到完整的8/20us 波形（黄色曲线），无电流反应（蓝色曲线）

TVS 于12.5V 触发，可以看到8/20us 波形被箝制（黄色曲线），TVS导通因此电流产生（蓝色曲线）

特性觀察：
- 如下图，实测12.5V 与Clamping 电压约 11.5V （5A， 8/20μs，datasheet definition）接近。
- 12V_OFF → 12.5V_ON：必须等到 ~12.5V 才导通。

2. RClamp03354P

下图为测试现象
TVS 于9.04V 尚未触发

TVS 于9.2V 触发

TVS 于板子上摆设的位子

五、TVS+主板测试

1. XX-033P 系列

测试电压到达10.9V：
- 屏幕已无图像输出，但PHY阻抗仍显示正常，应PHY内部已有部分损坏。
- 测试的Surge clamping voltage 如下，可以看到10.9V 峰值的电压（黄色曲线），是完整的Surge波形，并没有动作出现Clamping 的现象，TVS虽未开始动作但已有电流（黄色曲线），在TVS尚未动作而出现有1.38A的电流代表 PHY 已完全承受电流此时屏幕无影像输出，代表 PHY 于 10.9V 已经无法承受。

测试电压到达12V：
- PHY 阻抗下降，显示受浪涌破坏。
- TVS 无箝位功能出现。
- 此器件对于 PHY 的保护效果明显不足。在较低浪涌条件下（11V），系统即出现功能异常，12V 确定完全损坏。

2. RClamp03354P

测试电压到达12V：
- 屏幕影像输出正常，PHY阻抗仍显示正常。
- 测试的Surge clamping voltage 如下，可以看到Rclamp03354P在9.12V就动作，因此当输入电压到达12V，clamping voltage 只有9.12V，远低于11V破坏电压。

测试电压到达22V：
- 屏幕影像输出正常，PHY阻抗仍显示正常。
- 测试的Surge clamping voltage 如下，可以看到Rclamp03354P在9.2V就动作，因此当输入电压到达22V，clamping voltage 只有9.12V，远低于11V破坏电压，也可以看到电流已有8.08A，比上图3.92A还高，但是clamping voltage并没有增加。

特性觀察：
- 触发电压约9.12V。
- 钳位电压约 7V（10A， 8/20μs，datasheet 定义）。
- 在更高浪涌压力下，系统依旧维持正常。

六、比较分析

项目	XX-033P 系列	RClamp03354P
作业电压（VRWM）	3.3伏	3.3伏
触发电压（Vbr/Vt1）	~12.5伏	~9.2伏
浪湧能力 (Ipp, 8/20µs)	6A	10安
箝位电压（Vc）	11.5V型。@5A	7V型。@10A
动态电阻（ Rd）	约0.2Ω	0.13Ω
系统测试表现	11V 無影像輸出、12V PHY 阻抗下降	12V、22V 均能保持正常影像輸出
整体可靠性	易受浪涌影响，保护启动偏晚	低触发、强钳位，能显著提升系统可靠性

七、结论与建议

XX-033P系列 其触发电压较高，浪涌能力相对不足，导致在 11V~12V 条件下系统即出现异常。
RClamp03354P 具备更低的触发电压与更强的浪涌承受力，能更早启动保护机制，并在 22V 条件下仍维持系统功能正常。
在应对 不可预期的 Hot-plug 浪涌电压 时，RClamp03354P 能显著降低 PHY 失效风险，提升整体系统可靠性。

建议：

将RClamp03354P视为优先替代方案，取代XX-033P系列。
未来在高速接口设计中，可优先选用具备低触发电压+高浪涌能力的方案，以确保产品长期稳定。

常见问题

题目 1

问：在电路板设计中，为什么TVS二极管要尽量靠近连接器脚位放置？

答：
ESD能量会沿着最短路径传导至地，若TVS离连接器太远，ESD电流会先经过长走线再被吸收，这段走线会产生寄生电感与电压尖峰，造成实际保护效果下降，甚至在IC端触发导通前已被损毁。因此TVS需贴近接口端、并搭配良好接地。

题目 2

问：在实际应用中，为什么有些电源线（如12V电源）会选择TVS的「反向截止电压（VRWM）」略高于系统电压？
答：
如果VRWM选得太低，TVS在正常工作电压下会有漏电流或提前导通，造成功耗与系统误判。略高于工作电压能避免误导通，同时在瞬间突波时仍能快速响应，达到「正常不干扰、突波即动作」的设计平衡。

题目 3

问： ESD测试中若发现TVS没有导通，但IC仍受损，可能有哪些原因？
答：

TVS反应速度不够快，突波已进入IC。
PCB布线电感过大，导致TVS未能有效吸收能量。
TVS封裝功率不足，遭到部分擊穿。
ESD路径未完整回地，ESD电流改走IC内部路径。
→应检查TVS选型、布局与接地质量。

题目 4

问：为什么在 Type-C 界面设计中，有时候会同时使用 TVS 与共模滤波器（Common Mode Filter）？
答：
TVS 与共模滤波器保护目的不同。

TVS 用于吸收突波与 ESD，保护电压过高的瞬间事件。
共模滤波器则用于抑制高频共模噪声，改善EMI/EMC。
两者并用可兼顾 静电保护 + 讯号完整度，通常 TVS 会放在连接器端最前面，共模滤波器放在其后方靠近控制IC，以达最佳保护与讯号质量平衡。

题目 5

问：为什么有些设计在电源端与信号端会选用不同类型的 TVS？
答：
电源线通常承受较大浪涌电流，重视能量吸收能力（Ipp），因此会选用 功率型 TVS。
讯号线则着重低电容、低漏电与高速反应，因此使用低电容 ESD Diode。
两者虽同为 TVS，但设计重点完全不同，一般不建议互换使用。

本篇作者-诠鼎集团-丹尼尔