TVS的單極性雙極性之分

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）之前在討論ESD的文章中，經(jīng)常提到ESD抑制器和TVS二極管，二者是進行ESD防護和浪涌保護時非常常用的器件。TVS，也就是瞬態(tài)二極管，作為一種高效能保護元器件，兩極若受到反向瞬態(tài)高能量時候能夠吸收浪涌，對后級電路形成有效的保護。由于TVS起保護作用時動作極為迅速，加之使用方便，因此在瞬變電壓防護領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。

TVS的單極性雙極性之分

TVS在穩(wěn)壓二極管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，根據(jù)極性可分為單向TVS和雙向TVS，單極性TVS二極管一般適用于直流電路，單極性意味著他只對一個方向的浪涌電壓沖擊起保護作用，相當于一個穩(wěn)壓二極管的作用。其正向特性與普通穩(wěn)壓二極管相同，反向擊穿拐點處為典型的PN結(jié)雪崩。當有瞬時過壓脈沖時，器件的電流急驟增加而反向電壓則上升到鉗位電壓值，并保持在這一水平上。

雙極性TVS對相反的極性浪涌電壓沖擊都起保護作用，相當于兩只穩(wěn)壓管反向串聯(lián)，雙極性TVS管保護器件一端接要保護的線路，一端接地，無論來自反向還是來自正向的ESD脈沖都能即時響應(yīng)，更有效地保護了IC，一般適用于交流電路中。雙極性TVS正反兩個方向都具有相同的雪崩擊穿特性和鉗位特性，一旦加在它兩端的干擾電壓超過鉗位電壓就會立刻被抑制掉。

適合移動應(yīng)用的TVS

在5G基礎(chǔ)設(shè)施、5G手機、電動汽車充電樁、個人電腦、工業(yè)電子等市場的推動下，TVS二極管市場有大幅度的增長。但由于供應(yīng)商原材料價格不斷上漲，半導(dǎo)體制造產(chǎn)能仍舊短缺并且成本還在增加。今年上半年，知名的TVS半導(dǎo)體廠商Semtech就發(fā)布漲價函，對所有TVS瞬態(tài)電壓抑制二極管新訂單進行漲價。

火熱的手機、個人電腦等消費類場景快速的發(fā)展，對TVS的抗浪涌提出了更高的要求。移動設(shè)備不斷朝著尺寸小型化、功能多樣化和高度集成化方向發(fā)展，智能化、集成度越來越高，愈發(fā)容易受到ESD/EFT和共模/差模浪涌沖擊等浪涌電壓的干擾。

適合移動應(yīng)用的TVS需要根據(jù)電路預(yù)期浪涌電流及可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率來確定峰值脈沖電流和額定脈沖功率，對手機設(shè)備的電路而言，500W的功率一般都能滿足其要求，對功率密度要求不高。另外，手機入網(wǎng)浪涌測試會要求±8kV靜電正常，空氣放電±15kV靜電正常。Nexperia的移動應(yīng)用TVS則做到了單線接口±30kV的靜電放電正常。

不同于在工業(yè)以及汽車應(yīng)用中TVS考慮到功率密度封裝不可避免地會偏大，移動設(shè)備這些非常有限的應(yīng)用里TVS會極其注重器件封裝大小。適用于移動應(yīng)用的TVS二極管會通過調(diào)整和優(yōu)化有源區(qū)面積，盡可能減少所需PCB占用面積。

功率密度始終是工業(yè)級和汽車級TVS的最大考量

雖說較大的封裝一直是TVS被人所詬病的地方，在工業(yè)級和汽車級應(yīng)用上的TVS也在盡可能將封裝做得更小，但功率密度始終是這類TVS應(yīng)用上最大的考量。

在不糾結(jié)封裝大小的設(shè)計下，ST的主流車規(guī)級TVS LDP01系列在175℃的寬溫度范圍滿足AEC-Q101標準、ISO 7637-2 Pulses 1、2a、3a、3b標準以及IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-4和ISO 10605關(guān)于靜電放電的要求，峰值脈沖功率5000W。

SM30TY Transil系列在保證足夠的功率密度（3000W）的同時給出了尺寸更小、成本更低廉且電涌保護功能符合要求的選擇。而采用SMB Flat封裝時的TVS功率密度為1500 W，高度僅有1.0 mm。工業(yè)級和汽車級TVS在封裝上的革新都建立在功率密度足夠的前提下。

小結(jié)

在器件端口和接口進行防護，使其免受各種瞬態(tài)過壓事件的影響是提升電子器件可靠性重要的一環(huán)。目前在各個應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，TVS的應(yīng)用圍繞著足夠的功率密度和更小的封裝做取舍，縮小封裝有源區(qū)面積減小后是否會存在ESD防護能力弱以及整個系統(tǒng)魯棒性降低的問題則要看各廠商在TVS設(shè)計上的功力了。