一. 四种保护器件

 

TVS二极管，又称为瞬态抑制二极管，是普遍使用的一种新型高效电路保护器件，它的响应时间极快（亚纳秒级）。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以泄放和吸收一个瞬间大电流，把它的两端电压箱制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。

 

压敏电阻（MOV）是一种具有非线性伏安特性的电阻器件。压敏电阻体材料现在大量使用的是氧化锌（ZnO），它的主体材料有二价元素锌（Zn）和六价元素氧（O）所构成。所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种"Ⅱ-VI族氧化物半导体"。

 

TSS器件是四层PNPN结构的器件，可以被认为是没有栅极的晶闸管器件。当器件两端的电压超过其转折电压Ve时，器件就会短路维持一个低阻抗。当流过TSS的电流小于器件的保持电流（I-）时，TSS将复位并恢复到高阻断状态。

 

气体放电管（GDT是填充惰性气体的玻璃或陶瓷封装的器件，并在每一端用电极盖住。当瞬态电压超过装置的DC击穿额定值时，GDT内部的惰性气体被击穿，为瞬态电压提供一个低阻抗路径。一旦瞬态电压下降到DC维持电压和电流以下，气体管将恢复到关闭状态。

 

什么叫钳位型器件?

与开关型器件相比，钳位型器件更像是一个阻值随着流过它的电流而不断变化的动态电阻。钳位型器件同样与被保护电路并联、当电路中无浪涌通过的时候，钳位型器件的电阻非常大，相当于断路，所以也不会影响被保护电路的正常工作。当电路由于外部（雷电、静电）或者内部（感性、容性负载的开关动作）原因产生瞬态过电压的时候，钳位型器件在极短的时间内（nS级）将电阻变小，呈现出一个很小的电阻，为瞬态过电流提供一条旁路泄放路径，同时将被保护器件两端的电压钳位在一个相对固定的值。

与开关型器件动作后相当于一条导线不同，钳位型器件动作后还会存在一定的电阻，只不过这个电阻的阻值会随着流过它的电流而不断变化。因此钳位型器件在保护时，除了将一部分浪涌泄放到地外，自身也会吸收一定的瞬态浪涌的能量，这个能量导致的发热问题是限制钳位型器件浪涌能力的一个主要因素。同时，钳位型器件动作后能将两端电压钳位在一个相对固定的值，不存在拉低电压的问题，所以钳位型器件常用于电源口的保护。

 

什么叫开关型器件?

所谓开关型器件，顾名思义，就是像"开关"一样的器件。开关型器件与被保护电路并联，当电路中无浪涌通过的时候，开关型器件等同于一个开关被断开，相当于断路，所以不会影响被保护电路的正常工作。当电路由于外部（雷电、静电）或者内部（感性、容性负载的开关动作）原因产生瞬态过电压的时候，开关型器件在极短的时间内（nS级）像开关一样闭合导通，呈现出—个很小的电阻.为瞬态过电流提供一条旁路泄放路径，同时将被保护器件两端的电压拉到几乎为0的水平（一般为几V）。

开关型器件导通后相当于一条导线，主要是将瞬态过电压泄放到地，自身几乎不吸收瞬态过电流的能量，因此发热量也很小。这就是为什么在相同的芯片版面和封装尺寸下，TSS的过流能力要高于TVS的原因。同时，开关型器件由于动作后近似于短路，两端电压接近于0.为了防止拉低系统电压，所以一般不将开关型器件用于电源口的保护。

 

 

二、TVS的应用

 

 

 

现在市场上常见的电源IC有DC-DC电源芯片和锂电池充电芯片（battery charger），针对不同的芯片，就有不同的选型：

（1）DC-DC电源芯片常见于安防类、网通类、车载类，因此浪涌测试等级一般都比较高，选择的TVS功率也比较大；

（2）锂电池充电芯片常见于消费类，如电子烟、电动牙刷、手机平板电脑、笔记本电脑等，消费类的浪涌测试等级目前没有明确的规定，各家有自己的标准：200V~400V；故选择小封装的TVS更加合适。

 

 

针对锂电池充电芯片的选型：

输入电压	封装	型号	电压	Ipp（8/20us)	Vc（typ)	备注
DC5V	DFN1610-2L	JEU07DP	7V	100A	15V
	SOD-323	JEB07D3U	7V	100A	14V
	DFN2*2-3L	JEU07N3	7V	240A	21V
	SOD-123FLT	JEU/JEB07D1FT	7V	200A	18V(max)
DC9V	DFN2*2-3L	JEU12N3	12v	180A	32V(max)
	SOD-123FLT	JEU/JEB12D1FT	12v	200A	28V(max)
DC12V	DFN2*2-3L	JEU15N3	15v	150A	29V
	SOD-123FLT	JEU/JEB15D1FT	15v	200A	30V(max)
DC15V	DFN2*2-3L	JEU18N3	18v	130A	39V
	SOD-123FLT	JEU/JEB18D1FT	18v	200A	33V(max)
DC20V	DFN2*2-3L	JEU24N3	24V	120A	52V
	DFN2*2-3L	JEU24P3	24V	200A	33V
	SOD-123FLT	JEU/JEB24D1FT	24V	200A	32V(max)

 

针对DC-DC电源芯片的选型：

输入电压	封装	型号	电压	Ipp（8/20us)	Vc（typ)	备注
DC5V	SMBF	SM1K6VCF	6V	1KA	20A	这里只是推荐了常用的型号，客户需要其他电压的型号，可以重新推荐。
	SMC	SM3K6A/C	6V	3KA	22A
DC12V	SMA	SM05K15CS	15V	500A	32A
	SMA	SM05K20CS	20V	500A	40A
	SMB	SM1K15C	15V	1KA	32V
	SMBF	SM1K20CF	20V	1KA	40V
	SMBF	SM2K15CF	15V	2KA	42V
	SMBF	SM2K20CF	20V	2KA	47V
	SMC	SM3K20CC	20V	3KA	32.4V
DC24V	SMBF	SM1K30CF	30V	1KA	65V
	SMC	SM2K30CC	30V	2KA	65V

DC48V	SMBF	SMBF58CANS	58V	500A	105V	DC48V端口的TVS选型推荐58V、66V、76V、86V等，表中只列了常用的型号。
	SMBF	15BJ58CA-A	58V	500A	105V
	SMC	SM1K58CC	58V	1KA	100V
	SMD-3225	SM2K58CD	58V	2KA	110V
	SMTF	SMTF58CA	58V	3.5KA	120V
	SMD-4032	SMTJ58CAT-Z	58V	3.5KA	120V
	SMTO-248Tab	AK10-066CS	66V	10KA	120V
	AKS	AK1-076C	76V	1KA	140V
	AKS	AK3-066C	66V	3KA	120V
	AKS	AK6-066C	66V	6KA	120V
	AKS	AK10-066C	66V	10KA	120V
	AKS	AK15-066C	66V	15KA	120V

 

 

针对AC-DC电源芯片的选型：

 

 

输入电压	封装	型号	电压	Ipp（8/20us)	Vc（typ)	备注
AC24V	SMBF	SM1K40CF	40V	1KA	75V	交流电端口的TVS选型要注意电压的峰值，如AC24V端口，要选择24V*1.41=33.84V，故建议选择40V的TVS
	SMC	SM2K40CC	40V	2KA	75V
AC220V	AKS	AK1-380C	380V	1KA	520V
	AKS	AK1-430C	430V	1KA	625V
	AKS	AK3-380C	380V	3KA	520V
	AKS	AK3-430C	430V	3KA	625V
	AKS	AK6-380C	380V	6KA	520V
	AKS	AK6-430C	430V	6KA	625V
	AKS	AK10-380C	380V	10KA	520V
	AKS	AK10-430C	430V	10KA	625V

 

针对RS485、IO、ALARM、韦根端口的选型：

封装	型号	VR(min)	VBO(max)	10/700us@40Ω	8/20us@2Ω	Cj(max)	备注
SOD-123FL	P0080DM	6V	15V	2KV	/	10pF	RS485端口有客户用SMBJ6.0CA或6.5CA，可建议客户使用表中的TSS
SMA	CP0080TAC	6V	15V	2KV	/	10pF(typ)
SMA	CP0080TBC	6V	15V	4KV	/	30pF
SMA	CP0080TCC	6V	15V	6KV	/	50pF
SMB	CP0080SBC	6V	15V	4KV	/	50pF
SMB	CP0080SC	6V	15V	6KV	/	60pF
SMB	P0080SD	6V	15V	8KV	/	150pF
SMB	CP0080TBD	6V	15V	8KV	/	50pF
SMC	P0080SDT	6V	15V	/	3KA	500pF
SMC-3L	P0080SDT-3L	6V	15V	/	3KA	700pF

 

 

针对RS232端口的选型：

 

封装	型号	VR(min)	VBO(max)	10/700us@40Ω	8/20us@2Ω	Cj(max)	备注
SOD-123FL	P0300DM	25V	40V	2KV	/	60pF	RS232端口有客户使SMBJ15CA，推荐客户使用4KV以上的TSS
SMA	P0220A	22V	30V	4KV	/	100pF
SMB	P0300AMBS	25V	40V	4KV	/	100pF
SMB	CP0300SC	25V	40V	6KV	/	60pF
SMC	P0301SDT-Z	30V	40V	/	3KA	400pF

 

 

以下两张图是我们最常见的RJ45口防护方案，对地一颗TSS做共模防护，网络变压器次级使用分立或集成式的ESD做差模防护。

器件位号	封装	型号	VR(min)	VBO(max)	10/700us@40Ω	备注
D1 TSS	SOD-123FL	P3500DM	280V	400V	2KV	用于RJ45口的共模保护，这里是推荐常出的型号
	SMB	CP3100SB	275V	350V	4KV
	SMB	CP3100SC	275V	350V	6KV
	SMB	P3100SD	275V	350V	8KV
D1 TSS （AC220V耐压测试）	DFN3333-2L	CP4200QC	275V	520V	6KV
	SMA	P4200TB	400V	520V	4KV
	SMA	P4200TC	400V	520V	6KV
	SMB	CP4200SB	400V	520V	4KV
	SMB	CP4200SC	400V	520V	6KV
	SMB	CP4200SD	400V	520V	8KV
D2~D5 ESD	SOD323	JEB03CX	3.3V	/	/	用于差分线保护
	DFN2010-8L	JEB3312T	3.3V	/	/

 

三、TVS&TSS的应用

 

PoE-PSE的RJ45口防护方案

 

器件选型（以多口PoE-PSE端为例）

 

器件位号	封装	型号	10/700us@40Ω	备注
D1、D2	SMBF	15BJ58A/CA	2KV	PoE+线对地和对PoE-线用TVS
	SMB	JT58SBC	4KV
	SMBF	JT58SCC	6KV
D3、D4	SMA	CP0640SA	4KV	PoE-线对地用TSS
	SMB	CP0640SB	4KV
	SMB	CP0640SC	6KV
	SMB	P0640SD	8KV
D5~D11	SMA	SMAJ200AW	6KV	共模、差模防护

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