【电路设计】TVS 瞬态抑制二极管选型与应用笔记

1. TVS 简介

TVS（Transient Voltage Suppressor，瞬态电压抑制二极管）是一种用于抑制电压瞬态冲击的保护器件。

它的主要作用：

• 吸收 ESD 静电
• 抑制电源浪涌
• 限制瞬态过电压
• 保护后级 IC、电源芯片、MCU、通信接口等

TVS 的特点：

• 响应速度快（ns级）
• 通流能力强
• 适合保护瞬态冲击
• 不适合长时间过压保护

典型应用：

• DC 电源输入保护
• USB 接口
• RS485/CAN
• 网口
• HDMI
• 电机控制器
• 工业设备输入端

2. TVS 工作原理

正常工作时：

TVS处于截止状态：

电源 ---- TVS ---- GND 12V输入 TVS不导通

只有极小漏电流。

当输入出现瞬态高压：

例如：

12V ↓ 40V尖峰 ↓ TVS进入击穿区域 ↓ 快速导通 ↓ 将电压限制在安全范围

TVS通过大电流泄放，把能量导入地，从而保护后级。

3. TVS I-V曲线解读

3.1 VRWM（Reverse Stand-Off Voltage）

中文：

反向截止电压 / 最大工作电压

定义：

TVS不会动作的最大工作电压。

例如：

VRWM = 12V

表示：

12V以内：

TVS基本关闭。

特点：

• 决定正常工作电压范围
• 必须大于系统最高工作电压

例如：

12V系统：

正常范围：

10.8V ~ 13.8V

则：

VRWM不能选择：

11V

否则可能产生漏电或者误动作。

一般选择：

VRWM ≥ 最大正常电压 × 1.1

3.2 VBR（Breakdown Voltage）

中文：

击穿电压

定义：

TVS开始明显导通的电压。

例如：

VBR = 12.2~13.5V

表示：

在测试电流 IT 下：

TVS进入雪崩状态。

注意：

VBR不是一个固定开关点。

实际：

12V： 关闭 13V： 开始导通 14V： 大量导通

TVS是一条连续曲线，而不是开关。

3.3 VC（Clamping Voltage）

中文：

最大钳位电压

这是保护设计中最重要的参数之一。

定义：

当TVS通过规定峰值电流 IPP 时，两端最高电压。

例如：

SMAJ11CA：

IPP = 22A VC = 18.2V

表示：

当浪涌电流达到22A：

TVS两端约：

18.2V

注意：

VC不是正常工作电压。

关系：

VRWM < VBR < VC

例如：

SMAJ11CA：

VRWM = 11V VBR = 12.2~13.5V VC = 18.2V

3.4 IR（Reverse Leakage Current）

中文：

反向漏电流

定义：

在VRWM电压下，TVS流过的漏电流。

例如：

IR = 1uA

影响：

• 低功耗电路
• 电池设备

如果电池供电：

需要关注IR。

3.5 IPP（Peak Pulse Current）

中文：

峰值脉冲电流

表示：

TVS能够承受的最大浪涌电流。

例如：

IPP = 22A

表示：

标准浪涌条件下：

可泄放22A峰值电流。

3.6 PPP（Peak Pulse Power）

中文：

峰值脉冲功率

计算：

PPP=VC×IPP P_{PP}=V_C \times I_{PP}PPP​=VC​×IPP​

例如：

VC=18V IPP=22A

则：
P=18×22 P=18 \times 22P=18×22

P=396W≈400W P=396W \approx 400WP=396W≈400W

4. TVS浪涌波形解读

图中：

输入浪涌电压

黑色曲线：

表示：

没有保护时的异常电压。

例如：

12V ↓ 50V尖峰

TVS电流

绿色实线：

表示：

TVS吸收的浪涌电流。

电压达到VBR：

TVS开始导通：

电流快速增加。

TVS两端电压

绿色虚线：

表示：

实际被限制后的电压。

也就是：

后级看到的电压。

5. TVS功率曲线

这张图说明：

浪涌持续时间越长，TVS能够承受的功率越低。

例如：

短时间：

10us

可以承受：

几十kW。

长时间：

10ms

能力下降。

原因：

TVS会产生热量。

6. 单向TVS和双向TVS区别

6.1 单向TVS（Unidirectional）

结构类似：

TVS + 稳压二极管

特性：

正向：

VBR保护

反向：

类似普通二极管：

约0.7V导通

优点：

• 负压保护能力强
• 钳位更低

应用：

电源保护

例如：

12V输入 + | TVS | GND

推荐：

• DC电源
• 电池输入
• 汽车电源

6.2 双向TVS（Bidirectional）

结构：

TVS | | 反向串联 | TVS

正负方向特性相同。

特点：

正负电压：

都需要达到击穿电压。

应用：

通信接口

例如：

RS485：

A/B差分信号

CAN：

CANH CANL

USB：

D+ D-

因为这些信号存在：

正负摆动。

7. TVS选型原则

第一步：确定正常工作电压

例如：

12V系统：

实际：

12V ±10%

最高：

13.2V

第二步：选择VRWM

原则：

VRWM > 最大工作电压

例如：

12V系统：

选择：

VRWM=14V

更安全。

第三步：检查VC

这是保护能力。

要求：

VC < 后级最大耐压

例如：

MCU：

最大：

16V

则：

希望：

VC < 16V

第四步：检查浪涌能力

根据环境：

普通设备：

400W~600W

工业：

1500W以上

8. 实际应用案例

案例1：12V电源输入保护

需求：

工作电压：12V 最高允许：16V

设计：

12V输入 | 保险丝 | TVS | DC/DC | 负载

选择：

SMAJ11A / SMAJ11CA

参数：

VRWM≈11V VBR≈12~13V VC≈18V

适合：

• 抑制插拔尖峰
• 电机干扰
• 电源瞬态

如果要求严格：

16V以内：

增加：

OVP过压保护

案例2：STM32 GPIO保护

例如：

GPIO：

3.3V

选择：

低电容TVS。

关注：

• Cj（结电容）
• VC

不要选择普通大功率TVS。

案例3：RS485接口

特点：

• 差分信号
• 正负摆动

选择：

双向TVS。

连接：

A ---- TVS ---- GND B ---- TVS ---- GND

关注：

• 低电容
• IEC ESD等级

9. 常见错误

错误1：只看VR

例如：

12V系统：

选：

VR=12V

问题：

实际可能：

13.8V工作。

TVS长期漏电。

错误2：认为TVS能稳压

错误：

24V输入 TVS输出12V

实际：

TVS只能吸收瞬态。

错误3：忽略VC

例如：

芯片耐压：

16V

选择：

VC=25V

保护无效。

10. 总结：TVS重点关注参数

最终选型口诀：

VR看正常，VBR看启动，VC看保护，IPP看抗冲击，Cj看速度。

对于电源保护：

优先看：

VRWM + VC + IPP

对于高速接口：

优先看：

VC + Cj

这三个参数基本决定了TVS是否选得合理。