TVS（Transient Voltage Suppressor）二极管是一种电压钳位型的浪涌保护元件，具有低工作电阻和高电流规格特性，被设计为可吸收短时间内的较大能量。ROHM 为了对应各种各样的应用，开发了多类产品阵列。本应用笔记将说明TVS 二极管选定时的要点并介绍应用范例。

TVS 二极管选定要点

选定要点的列表如下所示。1到3说明的是为了保护器件而在原有线路上附加TVS二极管，为了不使各项特性恶化而选择合适的TVS二极管的方法。4到6是确认避免静电破坏和浪涌等过电压脉冲导致TVS二极管本身被破坏的方法。7是选择保护性能更高的产品的方法。各方法的详细情况将在下一页进行说明。

- 确认TVS 二极管不会影响所保护的配线

1. 根据配线的电压来选择

2. 根据配线的信号频率来选择

3. 根据信号的极性来选择

- 确认TVS 二极管的破坏耐量

4. 选择可耐受所要求的ESD 的TVS 二极管

5. 选择可耐受所要求的过电流的TVS 二极管

6. 选择可耐受所要求的过功率的TVS 二极管

- 确认TVS 二极管的保护性能

7. 选择钳位电压较低的产品

为了保护器件而在原有线路上附加TVS 二极管，但线路上有电源供给用的「功率线」、传输模拟和数字信号的「信号线」、使用控制器来进行设备间联动的「通信线」、传输机器的ON/OFF命令和条件设定命令的「控制线」。为了不因附加TVS二极管而使既有配线的特性恶化，这里说明选择TVS 二极管的方法。

1. 根据配线的电压来选择

Figure 1 所示的是TVS 二极管动作的概略。左图是通常时的动作。在这个例子中，左端是连接器，右端是保护对象IC。两者通过接线连接，其间配置有TVS 二极管。配线上传播着根据应用而设计的DC电压、模拟信号、数字信号。通常情况下，由于TVS 二极管没有击穿，所以TVS 二极管不动作。

右边的图是施加浪涌时的动作。当浪涌电压超过TVS 二极管的击穿电压时，浪涌电流经由TVS二极管多数流向GND。然后通过TVS 二极管将电压钳位，保护对象器件。

通常为了防止TVS 二极管击穿，需要选择符合配线电压和传送信号的产品。

Figure 2 表示的是TVS 二极管的I-V 特性。这里重要的特性是截止电压V_RWM。这是在TVS 二极管转换为击穿状态之前的最大电压，在该电压以下，TVS二极管不会工作。因此，请选择V_RWM 高于配线所处理的电压的TVS 二极管。

需注意的是，反向电压V_R 使反向电流I_R 始终流向GND。这在应用电路看来是漏电流，根据电路的不同可能会引起误动作。选择电路可接受的I_R 值的产品时，请务必用在实机上确认。

另外，由于信号波形电压值越接近V_RWM，反向电流I_R 越会增加，所以模拟信号的情况下失真率可能会恶化，所以请务必用实机确认动作情况。

I_R: 反向电流（漏电流）

V_RWM: 截止电压

V_BR: 击穿电压

V_CL: 钳位电压

2. 根据配线的信号频率来选择

通常时TVS 二极管是连接到线路中，除了前面所说的反向电流I_R，通常还附加有端子间电容C_t（Figure 3）。

这条线路只有直流电压的功率线的情况下没有受到电容的影响，但是信号线、通信线、控制线的话会受其频率和通信速度的影响，所以需要选择适合应用的电容值。电容值大的话，信号线如果是模拟信号的话，会出现失真率的恶化和波形的延迟；数字信号的话会出现信号的延迟和波形的钝化；通信线的话会出现眼型图恶化（误码率恶化）；控制线的话由于波形的延迟和钝化会出现误动作。

代表应用和端子间电容Ct 的标准如Figure 4 所示。这张图的电容值是标准参考值，请务必在实机上确认动作。

NOTE1: 旧USB3.0 及 USB3.1 Gen1

NOTE2: 旧USB3.1 Gen2

Figure 4. 应用和端子间电容C_t 标准

本图的电容值只是参考标准，请务必在实机上确认

3. 根据信号的极性来选择

TVS 二极管如Figure 5 所示分为单方向和双方向产品,例单向SMBJ7.0A和双向SMBJ7.0CA。

Figure 6 所示的是各自的I-V 特性。对于单向产品，逆向偏压直到击穿电压VBR 附近电流都不流动，正向偏压直到大约0.5V电流才开始流动。对于双向产品，逆向偏压和正向偏压都是到VBR 附近电流不流动。通常情况下，由于必须使电流不流过TVS二极管，所以需要基于这两个特性选择适合应用的产品。

Figure 7 所示的是将单向TVS 产品接到以GND 为基准设计的数字信号传输线路和以偏压电压为中心的模拟信号传输线路的波形。由于各信号的波形相对于GND为正极性（以二极管的阳极为基准则为反向偏压），因此TVS二极管没有电流，因此可使用单向产品。正极性的信号线也以同样的理由可使用双向产品（Figure 8）。

接下来对差动数字信号、模拟信号配线、DC cut 的模拟信号配线的情况进行说明。因为这些信号是以GND为中心振幅的，所以像Figure 9 一样使用双向产品。使用双向产品的话，无论正/负哪边的极性信号振幅，到V_BR 附近电流都不会流动。

如果在双极性信号配线上使用单向产品的话会怎么样呢。Figure 10所示的就是结果，由于振幅为负极性的波形被二极管的正向电压V_F 钳位，传输信号的信息丢失了。因此，在双极性的信号配线上不能使用单向产品。

这里浅谈一下ESD（Electrostatic discharge）保护动作。ESD侵入时，单向产品如Figure11 所示，对正极性的浪涌是逆向偏压，会击穿并让电流流动以此钳位住电压。对负极性浪涌是正向偏压，超过V_F 后电流流动，电压被钳位，后段被保护。

双方向产品如Figure 12 所示，对正极性及负极性都是逆向偏压，会击穿并让电流流动以此钳位住电压。

如以上所述，单方向产品和双方向产品都可以对正极性及负极性起到ESD 保护功能。

从这里开始说明如何选择匹配应用所要求浪涌脉冲的TVS 二极管的要点。当超出TVS 二极管的保护性能上限的浪涌脉冲能量侵入时，TVS 二极管不能完全吸收能量，导致TVS 二极管本身可能被破坏或保护对象器件被破坏。

4. 选择ESD 耐量匹配的TVS 二极管

为了保护对象器件，必须防止TVS 二极管本身被破坏。请选择规格值大于应用所要求ESD 耐量的产品。

产品datasheet 中记录了以IEC61000-4-2 为准的试验、接触放电和空气放电的2 个ESD 耐量V_ESD 的规格值。另外，±30kV这个数值是试验设备（静电发生装置）的最大值（2023 年8 月现在）。

在TVS二极管的开发当初，端子间电容减小的话ESD耐量有下降的倾向，两者处于权衡的关系，不过近年有端子间电容小但ESD 耐量高的产品被开发出来，这个关系在某种程度上被打破。ROHM产品这两者的关系如Figure 13所示，选择比IEC61000-4-2所要求的试验水平更高水平的产品时，端子间电容大概在40pF 以上的产品可以称为高耐量。

5. 选择过电流性能匹配的TVS 二极管

请选择规格值大于应用所需峰值脉冲电流的产品。

产品datasheet上记录了脉冲电流峰值I_PP 的规格值。测试波形为行业标准Telcordia GR-1089-CORE规定的10/1000μs脉冲波形，或IEC61000-4-5 规定的8/20μs 脉冲波形。

6. 选择过功率性能匹配的TVS 二极管

请选择规格值大于应用所需峰值脉冲功率的产品。

产品datasheet 上记载了峰值脉冲功率P_PP 的规格值。测试波形与上述峰值脉冲电流I_PP 相同。

7. 选择钳位电压V_CL 较低的产品

对于第1 项中选择的V_RWM，请尽量选择V_CL 低的产品。

与其他的保护元件相比，TVS 二极管实现了高速响应，但ESD施加后有不能充分响应的区域。因此如果有比V_CL 更高的电压施加到后段，有时会对保护对象造成损伤。

总结

选择 TVS 二极管的要点如下做出总结：

应用例

1. 开关系統的保护

由于人体可以通过操作触摸开关和按钮，ESD 可能会损伤 IC 或造成误动作。需要通过 TVS 二极管进行保护。

2. DC 插头/插孔系統的保护

将 AC 适配器的 DC 输出插头连接到电子设备时，有时会有热插拔，此时较长接线的电感值成分会产生高电压浪涌。为了不让浪涌电压损坏机器内部的器件，需用 TVS 二极管进行保护。另外由于人体接触插头/插孔，TVS 二极管也可以保护 ESD 的侵入。

3. 音频系統的保护

将手机器件的有线头戴式耳机或耳麦插入插孔时，人体带电可能会引起 ESD，造成设备内部损伤。同时，由于机器内的扬声器和麦克风通常配置在机器的外围部位，容易受到 ESD 的影响，这些配线需要保护。

4. USB 2.0 接口的保护

对于 USB 连接器，USB 线缆和 USB 器件在插拔时人体接触机会较多，ESD 的保护很有必要。

5. USB 3.2 接口的保护

USB3.2 Gen 1（旧USB3.0 以及USB3.1 Gen1）的数据传输速度是 5Gbps，USB3.2 Gen2（旧USB3.1 Gen2）是 10Gbps 的高速，通信线路中请使用端子间电容较小的 TVS 二极管。

6. HDMI 接口的保护

HDMI 1.4 的传输速度是 10.2Gbps 的高速，TMDS 信号线请使用端子间电容较小的 TVS 二极管。

7. LIN/CXPI 接口的保护

LIN/CXPI 的最大通信速度是 20kbps 的慢速，虽然可以用端子间电容较大的 TVS 二极管，但 Responder Node 时最大电容限制不超过 250pF，请注意与 C1 合计容量不要超过该限制。

8. CAN/CAN FD 接口的保护

CAN 的最大通信速度是 1Mbps、CAN-FD 是 5Mbps，请选择端子间电容值不会影响信号品质的 TVS 二极管来保护。例：

9. 车载Ethernet (LAN) 接口的保护

车载Ethernet 是100Mbps、1Gbps 的高速通信，请使用端子间电容较小的TVS 二极管。TVS 二极管无法充分进行ESD 保护的情况，请在车载连接器正下方配置基于OPEN Alliance 基准的ESD 抑制器或变阻器。

10. RS-232C/RS-423 接口的保护

收发器IC 的I/O 没有ESD 保护功能的场合，需要在连接器正下方配置TVS 二极管来进行ESD 保护。

11. NFC 天线的保护

NFC 的天线内置于机器的外壳下面，容易成为ESD 侵入口，因此需要ESD 保护。

12. 无线充电天线的保护

无线充电天线内置于机器的外壳下面，容易成为ESD 侵入口，因此需要ESD 保护。例：ESD3302S2-N、ESD0502S2-N

13. AC-DC 转换器的缓冲电路

这个电路是模拟谐振转换器，在MOSFET 从ON 到OFF 的瞬间，为了抑制在变压器的一次侧发生的浪涌，附加了RCD 缓冲电路。

缓冲电路通常由电阻、电容、快恢复二极管（FRD）构成，而在要求更高的保护性能时会将TVS 二极管与R 和C 并联。附加TVS 二极管可将瞬态噪音尖峰钳位住，需确认MOSFET 的开关波形后决定是否使用。在该部分施加的电压比1 个TVS 二极管的钳位电

压V_CL 高的情况下，可以将同型号的TVS 二极管串联多个，使V_CL 之和比该部分施加的电压高，从而将瞬态电压钳位住。输入AC 220V通常选用单向华悦芯有SMBJ180A,SMAJ170A 等。

14. 电源电路2 次侧的过电圧保护

电源电路的输出电压由于某种原因有过冲的情况。IC 无过电压保护（OVP:Over Voltage Protection）功能时，有时必须根据需要采取对策。在DC-DC 或AC-DC 转换器的出口插入TVS 二极管来将过电压钳位住。由于TVS 二极管是以ESD 和浪涌波形等短时间（纳秒单位）的瞬态电压钳位为目的而设计的，所以对于波形比几十毫秒更长的电压，需要选择封装的许容损耗比过电压部分的功率更大的产品。另外，对于输入输出短路等连续施加的过电压，如果过电压部分的功率超过封装许容损耗，则TVS 二极管有可能损坏。通常选用SMF,SMA封装，比如5.0V选用SMAJ6.5A，SMF6.0A等

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