TVS

意法半导体新推出的SMB15F系列1,500 W瞬态电压抑制二极管（采用SMB Flat封装）已经通过认证。与SMC封装相比，SMB Flat封装的体积减少了50%。除了空间方面的改进，价格更有优势，为企业节约了预算。此外，更小的尺寸有利于提高功率密度和提高效率。事实上，SMB15F系列的泄漏电流比竞争产品大约低五倍。因此，这些1500 W器件已经在5G设备和其他应用中进行了评估。

为什么意法半导体推出两个SMB15F系列 - SMB15FxxA和SMB15FxxAY？

以“A”结尾的零件编号面向工业应用，而以“AY”结尾的则是汽车级产品。硅基元件是相同的，但“AY”型号经过更严格的测试和使用情况跟踪，才能通过AEC-Q101汽车级认证。每个系列目前有26种型号 - 基于设备的最大反向工作电压。例如，SMB15F11AY是我们1,500 W型号的汽车级版本，最大反向工作电压为11V。每个系列的最大反向工作电压最低为5 V，最高可达64 V。

为什么行业需要采用SMB Flat封装的1,500 W TVS？

意法半导体在2019年对SMB15F器件进行了首件检验，此举极具象征意义，在重要市场也得到了印证。例如，在中国举办的2019年工业峰会上，我们确认对更高功率密度的需求越来越旺盛。机器人应用之前使用的是IGBT驱动器，碳化硅技术正在改变电动汽车。快进到2021年，我们的工业峰会上展出了更多需要高功率保护且采用微型封装的元器件。从无人机到智能楼宇解决方案，再到电动自行车，保护敏感元件不受浪涌电流的影响变得越来越重要。随着产品体积越来越小，同时功耗却越来越高，使用更小、更扁平的封装势在必行。

SMC封装和SMB Flat封装在体积方面的差异

SMB15F将取代采用SMC封装的1,500 W TVS吗？

当前的1,500 W器件将继续存在。我们了解到一些公司需要时间来切换到新封装。一旦团队对器件进行了认证并将其用到设计中，自然就要对其进行充分的利用。但是，基于市场现实，我们强烈呼吁采用这种高性价比的SMB Flat封装。因此，我们的目标是帮助团队从SMC封装过渡到SMB Flat封装。例如，许多采用SMC封装的元件在SMB15F系列中都有一个对等的版本，只要体积兼容，就可以帮助工程师继续使用自己熟悉的PCB。

为什么我们必须等到2021年才让采用SMB Flat封装的1,500 W TVS通过认证？

ST的SMB15F通过AEC-Q101汽车级认证

从SMC向SMB Flat封装过渡的技术复杂性很容易被忽略，这是因为我们已掌握TVS产品组装线技术30多年，从而能够提供这一现代化高性价比解决方案，并引领行业。

SMC封装（左） vs SMB Flat封装（右）

SMB15F器件代表着TVS二极管历史的新篇章。ST的SMC系列已有20多年的历史，SMB Flat型号有望取得类似的成功，因为它们不仅降低了成本，还提高了可靠性。与上一代产品一样，SMB15F非常稳健，因此我们可以提供相同晶片的工业级和汽车认证版本(AEC-Q101)。ST还提高了生产能力，以确保希望早日赶上潮流的公司能够安心地采用新产品，并确信他们能够满足客户需求。

SMB15F器件与采用SMC封装的替代产品相比如何？

对于管理人员或经验不足的工程师来说，封装进一步扁平化所带来的优势并不显著。因此，意法半导体编写了应用笔记，以不同的基准进行说明。例如，下图比较了采用SMC封装和SMB Flat封装的类似器件。蓝色曲线显示钳位过程中的电压几乎相同，由于耗散，两者之间只有0.3 V。同样，浪涌电流（粉色曲线）也显示类似的特性。因此，该文件证明，SMB15F器件能够在不牺牲其保护能力的情况下降低成本和减少PCB面积。

SMC封装（图10）和SMB Flat封装（图11）器件之间的波形对比

微型Flat封装中是否还有其他TVS器件？

意法半导体还提供采用SMA Flat封装和SMB Flat封装的400 W和600 W瞬态电压抑制器。该器件的引脚与上代器件的引脚兼容，而600 W型号可采用SMA Flat和SMB Flat封装，这有助于一些公司从传统的SMB器件过渡到SMA Flat封装。实际上，SMB Flat封装提供了一个中间步骤。在很多情况下，尽管制造商已拥有与更薄器件兼容的取放机器，但工程师往往会忽略这些组件，而将精力集中在设计的其他方面。对于封装进一步扁平化的1,500 W TVS二极管，通过提升其可及性，设计人员可以过渡到更具成本效益的解决方案，同时关注到PCB的其他部分。

来源：意法半导体中国
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1. 瞬态抑制二极管简称TVS (Transient Voltage Suppressor )，TVS的电气特性由P-N结面积，参杂浓度及晶片阻质决定的。其耐突波电流的能力与其P-N结面积成正比。

特点：反映速度快(为pS级)，体积小，箝位电压低，可靠性高。10/1000μs波脉冲功率从400W～30000W，脉冲峰值电流从几安～几百安。常用的TVS管的击穿电压有从5V到550V的系列值。且可靠性高，在TVS管规范之工作范围内，性能可靠，不易劣化，使用寿命长。

原理: TVS用于瞬间突波之抑制，与受保护器件并联。

在正常工作状态下，TVS对受保护线路呈高阻抗状态，当瞬间电压超过其击穿电压时，TVS就提供一个低阻抗的路径予瞬间电流。使得流向被保护元器件的瞬间电流转而分流到TVS二极管，而受保护元器件两端的电压被限制在TVS两端的箝制电压(Clamping Voltage)。

当这个过压条件消失后，TVS二极管又将恢复到高阻抗状态。

应用：TVS广泛应用于半导体及敏感零件的保护，二级电源和信号电路的保护，以及防静电等。

2. 命名法则

TVS管的型号由三部分组成：系列名+电压值+单/双向符号

系列名代表不同的峰值脉冲功率和封装形式

① SMAJ、SMBJ、SMCJ、SMDJ表示贴片封装：分别代表的峰值脉冲功率为400W、600W、1500W和3000W；

② 其它系列名表示同轴引线封装：P4KE为400W、P6KE为600W、1.5KE为1500W，SA为500W、3KP为3000W，其余类推（型号名KP或KPA前面的数字表示kW数）。

系列名后的数字代表击穿电压标称值或反向断态电压值

① P4KE、P6KE、1.5KE系列中代表击穿电压标称值（VBR）；

② 其它系列中代表反向断态电压值（VRWM）。

A表示单向，CA表示双向。

注意：SAC（500W）、LCE （1500W）系列是低电容的TVS管，只有单向，没有双向。

3. TVS的主要参数

最大反向漏电流ID和额定反向关断电压VRWM 。VRWM是TVS最大连续工作的直流或脉冲电压，当这个反向电压加于TVS的两极间时它处于反向关断状态，流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流ID。

最小击穿电压VBR和击穿电流IR。VBR是TVS最小的击穿电压。在25℃时，低于这个电压TVS是不会发生雪崩的。当TVS流过规定的1mA电流(IR)时，加于TVS两极的电压为其最小击穿电压VBR。按TVS的VBR与标准值的离散程度，可把VBR分为5％和10％两种。对于5％的VBR来说，VRWM=0.85VBR；对于10％的VBR来说，VRWM=0.81VBR。

最大箝位电压VC和最大峰值脉冲电流IPP。当持续时间为20mS的脉冲峰值电流IPP流过TVS时，在其两端出现的最大峰值电压为VC。VC、IPP反映了TVS的浪涌抑制能力。VC与VBR之比称为箝位因子，一般在1.2~1.4之间。

电容量C。电容量C是由TVS雪崩结截面决定的，是在特定的1MHz频率下测得的。C的大小与TVS的电流承受能力成正比，C太大将使信号衰减。因此，C是数据接口电路选用TVS的重要参数。

最大峰值脉冲功耗PM。PM是TVS能承受的最大峰值脉冲功率耗散值。在给定的最大箝位电压下，功耗PM越大，其浪涌电流的承受能力越大；在给定的功耗PM下，箝位电压VC越低，其浪涌电流的承受能力越大。另外，峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且，TVS所能承受的瞬态脉冲是不重复的，器件规定的脉冲重复频率(持续时间与间歇时间之比)为0.01％。如果电路内出现重复性脉冲，应考虑脉冲功率的累积，有可能损坏TVS。

箝位时间TC。TC是从零到最小击穿电压VBR的时间。对单极性TVS小于1×10-12s；对双极性TVS小于10×10-12s。

4. TVS的选型

最大箝位电压VC要小于电路允许的最大安全电压。

截止电压VRWM大于电路的最大工作电压，一般可以选择VRWM等于或者略大于电路的最大工作电压。

额定的最大脉冲功率（TVS参数中给出） PM要大于最大瞬态浪涌功率。

对于数据接口电路的保护，还必须注意选取具有合适电容C的TVS器件。当信号频率或传输速率较高时,应选用低电容系列的管子：信号频率（传输速率）≥10MHz（Mb/s），Cj≤60pF；信号频率（传输速率）≥100 MHz（Mb/s），Cj≤20pF。

根据用途选用TVS的极性及封装结构。交流电路选用双极性TVS较为合理；多线保护选用TVS阵列更为有利。

温度考虑。瞬态电压抑制器可以在－55~+150℃之间工作。如果需要TVS在一个变化的温度工作，由于其反向漏电流ID是随增加而增大；功耗随TVS结温增加而下降，从+25℃到+175℃，大约线性下降50％雨击穿电压VBR随温度的增加按一定的系数增加。因此，必须查阅有关产品资料，考虑温度变化对其特性的影响。

来源：21ic电子网

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TVS二极管的应用及分析

瞬态电压抑制器（TVS）具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、交/直流电源、汽车、家用电器、仪器仪表等各个领域。本文将结合TVS应用的特点及使用注意事项，介绍TVS的几种典型应用电路，并通过TVS在热插拔电路保护和汽车电源线保护中应用的实例，来详细探讨如何正确应用TVS和使TVS的应用效能最佳。

在实际的应用电路中，处理瞬时脉冲对器件损害的最好办法，就是将瞬时电流从敏感器件引开。为达到这一目的，将TVS在线路板上与被保护线路并联。这样，当瞬时电压超过电路正常工作电压后，TNS将发生雪崩击穿，从而提供给瞬时电流一个超低阻抗的通路，其结果是瞬时电流通过TVS被引开，从而避开被保护器件，并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。在此之后，当瞬时脉冲结束以后，TVS二极管再自动恢复至高阻状态，整个回路进入正常电压状态。