01、前言

從事開關電源的朋友們，會對端口做一些浪涌和ESD防護，經常會在端口加TVS管，上兩期分享了TVS管的工作原理以及性能參數，本期分享一下TVS管如何選型。

02、核心參數選型要點

TVS選型主要參數有最大反向截止電壓、

2.1 反向截止電壓VRWM

（1）定義：TVS正常工作下能承受的最大反向耐壓

（2）選型原則

VRWM選型分交流電路和直流電路。

對于直流電路來說，VRWM≥電路最高工作電壓*1.2~1.4倍；

對于交流電路來說，VRWM≥電路峰值電壓*1.414倍（如220V交流需要VRWM≥311V）

（3）注意事項

VRWM過低會導致TVS管提前導通，比如說VCC供電電壓部分會有幾伏的電壓波動，如果TVS管只比VCC供電電壓高1V，很有可能觸發TVS管保護。

VRWM過高，鉗位電壓也會上升，查閱數據手冊就可以發現，如果后級電壓最大只需要15V，浪涌過來后，鉗位到20V，很有可能后級電路就會損壞。

2.2 鉗位電壓VC

（1）定義：TVS在承受峰值電流IPP時限制的最高電壓。

（2）選型原則

一般來說，鉗位電壓VC要≤被保護電路能承受的最大耐壓的80%。

比如，后級電路耐壓30V，鉗位電壓VC要選擇30V*80%=24V

關聯參數擊穿電壓VBR，鉗位電壓和擊穿電壓的關系為VC=1.3*VBR。

2.3 峰值脈沖電流IPP和功率Pppm

（1）IPP計算：根據浪涌標準（如IEC 61000-4-5）估算浪涌電流。例如220V電源防雷需IPP ≥ 200A。

這種估算方法的核心邏輯是結合浪涌電壓等級、測試等效阻抗及波形特性計算。關于這種計算方法，我參考了一下AI，以下具體計算方法和依據：

（1.1）IEC 61000-4-5標準的核心參數

1.雷擊浪涌波形定義

開路電壓波形：1.2/50μs（上升時間1.2μs，半峰值時間50μs）。

短路電流波形：8/20μs（上升時間8μs，半峰值時間20μs）。

等效阻抗（Req）：（浪涌發生器上測試的阻抗有兩個2Ω和12Ω的含義）

電源線間測試：Req = 2Ω（模擬低壓電源阻抗）；

電源線對地測試：Req = 12Ω（2Ω發生器阻抗 + 10Ω耦合網絡）。

2.浪涌等級與電流峰值

IEC標準將浪涌分為不同等級（如1-4級），對應不同開路電壓和短路電流：

注：等級4（4kV/2000A）是工業設備的最高測試要求，但實際設計需根據應用場景選擇等級。

一般來說歐規LED驅動，小于25W使用差模0.5KV 2Ω+共模1KV 12Ω，大于25W使用差模1KV 2Ω+共模2KV 12Ω。

（1.2）20V電源防雷IPP ≥ 200A的計算邏輯

浪涌電流由歐姆定律推導：

Vsurge：測試浪涌電壓（如等級2為1kV）；

Req：等效阻抗（電源線間測試取2Ω）。

我們通常國內產品都是民用或工業220V交流電源，需滿足等級2防護（1kV浪涌）。

計算：

但實際選型常取 200A，原因如下：

降額設計：考慮多脈沖沖擊、器件老化及溫度影響，需預留余量（通常取計算值的40%~50%）。

多級防護：TVS通常作為二級保護，MOV/GDT承擔大部分電流（如MOV泄放500A，TVS泄放200A）。

成本與體積：200A TVS比500A器件更易集成，且滿足多數場景需求。

（2）功率計算：Pppm=VC*IPP，需要預留30%余量。

（3）根據規格書來看，功率都是在峰值脈沖功率波形@10/1000us下測試的，不能直接用于8/20us（感應雷電下的短路浪涌電流）場景，經驗值來看，8/20us IPP約為10/1000us的5倍。

2.4 結電容Cj

結電容主要是影響高頻信號，結電容過大會導致信號畸變（如USB3.0要求Cj＜0.5pF） ，由于容抗效應會影響高頻信號，Xc=1/2πfc，當頻率升高，容抗降低，高頻信號容易通過結電容旁路到地，不會正常傳輸到負載，所以TVS結電容選型要選小的，0.5pf以下，否則高頻信號會衰減。

對于低速電源線，結電容Cj＜100pF（如SMAJ系列）

對于高速接口（HDMI、以太網、USB3.0）：Cj ≤ 1pF（如DFN1006封裝）。

03、實際應用的選型與計算

LED驅動電源有0-10V調光應用，針對0-10V調光端口我們會測試ESD，針對這種EMS測試，需要在調光線正負極之間增加TVS管。

由于是0-10V調光，最大直流工作電壓是在0-10V，根據我們上述的選型步驟，就可以正常選型。

第一，最大反向截止電壓VRWM的選型。

VRWM是電路最高工作電壓的1.4倍，所以10V*1.4=14V，VRWM可以選擇15V，暫時選擇晶導微的SMF15A。

第二，鉗位電壓VC的選型。

從選擇的VRWM來看，鉗位電壓VC是24.4V，按照鉗位電壓VC要≤被保護電路能承受的最大耐壓的80%計算下來，24.4V*80%=19.52V，調光線空載電壓是在15V左右，所以15V/0.8=18.75V，鉗位電壓VC可以滿足要求。

第三，峰值電流IPP和功率的選型。

由于要測試ESD，一般測試調光線的ESD電壓是±4KV，依據IEC 61000-4-2接觸放電標準，人體模型（HBM）：標準配置為 100pF電容 + 1500Ω串聯電阻（HBM模型標準值）。

所以IPP=Vesd/R=4KV/1500Ω=2.67A。

實際工程取值，考慮到多脈沖疊加和降額要求，需要留有余量，取3A。

功率為：Pppm=IPP*VC=3A*24.4V=73.2W

保留30%余量，73.2W*1.3=95.2W

而暫定的SMF15A的VC是200W，這樣看功率足夠用了。

第四，結電容的選型。

從規格書來看，沒有看到結電容的數值。不過對于低頻的調光線來說，影響不大。

04、總結

總結一下，TVS選型要點：

1.要知道保護電路的最大耐壓，才能選擇VRWM和VC；

2.根據浪涌的類型計算峰值脈沖電流IPP和功率；

3.根據保護電路的端口是否是高速線路，如果是高速信號要低結電容（Cj＜1pF），如果是低速電源線，結電容Cj＜100pF。