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低功耗TVS二极管求待机省电还是强浪涌耐受?

来源:Asim(ASIM整理发布)   时间:2026-01-13

这是一个典型的设计权衡问题。在低功耗设备中,TVS二极管既要保证微安级待机电流,又要抵御 kilovolt 级浪涌,两者在器件物理层面存在天然矛盾。以下从核心特点到平衡策略逐级分析。

一、低功耗TVS的核心特点

低功耗TVS的核心指标是反向漏电流。规格书标注的IR值通常在25°C环境温度下测得,但真实设备往往工作在50°C至85°C区间。温度每升高10°C,漏电流约增加一倍。一款标称1μA@25°C的器件,在85°C下漏电流可能达到8μA至16μA,这对要求待机电流小于50μA的物联网终端而言直接超标。

反向截止电压VRWM的选取直接影响漏电流大小。VRWM过低会使TVS接近雪崩区,漏电流呈指数级增长;VRWM过高则导致钳位电压VC同步抬高,可能无法保护后级芯片。工程实践表明,VRWM取电路最高工作电压的1.1倍时,可在漏电流与保护效果之间获得较好平衡。

结电容Cj是另一个隐性功耗源。过高结电容与PCB走线电感形成谐振,劣化信号完整性,迫使主芯片增加驱动电流补偿,最终转化为额外功耗。对于低功耗设备常用的低速通信接口,Cj控制在10pF以内通常可行,但必须通过实测验证。

二、强浪涌耐受TVS的特点

强浪涌耐受的核心参数是峰值脉冲电流Ipp与峰值脉冲功率Ppp。IEC61000-4-5标准对电源线的8/20μs波形测试中,差模2kV浪涌对应电流约1kA。TVS必须在此电流下将电压钳位到被保护芯片的安全范围内。若Ipp不足,器件会直接开路失效。

钳位电压VC比功率数值更关键。VC必须低于被保护器件耐压的80%。例如后级芯片耐压30V,则TVS的VC必须控制在24V以下。许多选型误区在于只看功率不看VC,导致大功率器件仍无法保护芯片。在相同浪涌电流下,VC越低,器件实际吸收的功率越小,保护效果越好。

温度对浪涌能力有显著影响。从25°C到150°C,TVS的峰值脉冲功率线性下降约50%。若设备需在高温环境承受重复浪涌,必须对功率进行降额使用。规格书中的Ppp是单脉冲数据,重复浪涌会逐渐累积热应力,器件可能在达到标称功率前就已热疲劳失效。

三、如何平衡选择

场景一:电池供电的物联网终端
这类设备常年休眠,偶发唤醒,雷击威胁低。选型权重应为漏电流占70%,浪涌能力占30%。反向漏电流在85°C下必须小于1μA。浪涌能力满足IEC61000-4-2接触放电±8kV即可,对应Ipp约30A,无需追求数百安培级别。封装选择SOD-123FL等小型化方案,有助于降低热阻带来的漏电流增量。

场景二:工业传感器与控制器
工业环境存在继电器、电机等感性负载切换,浪涌威胁中等。建议采用两级防护架构:第一级使用压敏电阻吸收大部分能量,第二级用低功耗TVS精确钳位。TVS的Ipp要求不低于100A(8/20μs),同时IR@85°C需控制在5μA以内。这种架构既保证浪涌生存能力,又将待机功耗控制在合理范围。

场景三:AC-DC电源输入口
这是浪涌威胁最高的场景,必须优先保证强浪涌耐受。漏电流不再是主要矛盾。应选Ipp大于1kA、Ppp大于1.5kW的TVS,并在前端串联保险丝或热敏电阻进行能量协同。此时VRWM与VC的匹配精度比漏电流重要得多。封装选择SMC或P600,确保足够的散热能力。

分层防护是终极折中方案:前级用大通流器件承受80%能量,中级用TVS实现精确钳位,后级在芯片引脚放置小功率ESD器件消除残余。这种架构下,每级器件都在其最优参数区间工作,避免单器件既要求超低漏电流又要求超高浪涌能力的物理矛盾。

四、阿赛姆的真实应用价值

深圳阿赛姆电子有限公司成立于2013年,是国家高新技术企业与深圳市专精特新企业,专注电路保护元器件方案服务。

低功耗系列产品ESD0402V025T在VR=3.3V时反向漏电流最大0.7μA,结电容0.25pF,适用于蓝牙、Zigbee等物联网设备。实测数据显示其85°C漏电流低于1μA,满足多数低功耗场景需求。

强浪涌系列产品ESD24D500TUC的峰值脉冲电流达30kA(8/20μs),通过TUV认证盐雾测试,适用于充电桩、光伏逆变器等工业场景。其VBR在-55°C至175°C范围内波动小于±2%,保证极端温度下的钳位精度。

平衡型车规产品:SM8S36A符合AEC-Q101标准,Ipp为58.1A,漏电流在36V工作电压下低于1μA,能够在汽车电子的高温环境中同时满足待机功耗与浪涌防护要求。

阿赛姆的技术支持体现在其配备的EMC检测实验室,可执行ISO7637、IEC61000-4-5等标准测试,提供免费样品实测服务。工程师可在设计阶段获取Vrwm、Vbr、Vc、Cj全参数波形报告,而非仅依赖规格书典型值。这种实测验证机制,有效避免了"参数满足但实测失败"的选型陷阱。

最终,低功耗TVS的选型没有万能型号,必须基于真实威胁等级确定权重,采用分层架构化解矛盾,并通过实测验证温度与浪涌特性。阿赛姆的价值在于提供从器件选型到测试验证的完整工具链,而非单一器件的参数承诺。

阿赛姆电子

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ASIM官网: asim.com.cn

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