一、TVS管（瞬態電壓抑制二極管）
1. 基本定義
TVS管（Transient Voltage Suppressor）?是一種用于抑制瞬態高壓脈沖的半導體器件，通過雪崩擊穿效應快速鉗位電壓，保護后端電路。
2. 核心特性參數
| 參數 | 定義 | 公式/示例 |
|---|---|---|
| 擊穿電壓（VBR） | TVS開始導通的電壓（±5%精度） | 選型規則：VBR ≥ 1.2×工作電壓 |
| 鉗位電壓（VC） | 流過IPP時的兩端電壓（關鍵防護指標） | VC = VBR + (IPP × Rdyn)（Rdyn：動態電阻） |
| 峰值脈沖電流（IPP） | 可承受的最大瞬態電流（如100A@8/20μs波形） | 需滿足IPP > 預期浪涌電流 |
| 響應時間 | 從觸發到鉗位的延遲（ps~ns級） | TVS：<1ns；ESD二極管：<0.5ns |
3. 典型應用場景
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電源端口防護：如AC/DC輸入端的雷擊浪涌防護（10/700μs波形）。
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通信接口保護：RS485、CAN總線等長線傳輸的抗浪涌設計。
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工業設備：應對感性負載切換引起的電壓尖峰（如繼電器觸點）。
二、ESD保護二極管
1. 基本定義
ESD保護二極管?是專門針對靜電放電（ESD）設計的器件，用于釋放人體放電模型（HBM）或機器放電模型（MM）產生的高壓瞬態。
2. 核心特性參數
| 參數 | 定義 | 測試標準 |
|---|---|---|
| ESD防護等級 | 能承受的靜電放電電壓（如±30kV） | IEC 61000-4-2（接觸放電8kV） |
| 電容（Cj） | 寄生電容（影響高速信號完整性） | USB3.0要求Cj < 0.5pF |
| 漏電流（IR） | 正常工作時的反向漏電流（nA級） | 5V應用需IR < 1μA |
3. 典型應用場景
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高速數據接口：USB、HDMI、DisplayPort等ESD防護。
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觸摸按鍵：防止人體靜電損壞敏感MCU引腳。
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移動設備：手機耳機孔、SIM卡槽等暴露端口的保護。
三、TVS管與ESD保護二極管的區別
1. 設計目標差異
| 對比項 | TVS管 | ESD保護二極管 |
|---|---|---|
| 主要防護對象 | 高能量瞬態（雷擊、浪涌） | 低能量靜電（HBM/MM模型） |
| 典型波形 | 8/20μs、10/1000μs浪涌 | 100ns ESD脈沖（如HBM 2kV） |
| 功率處理能力 | 數百瓦~千瓦級（如SMCJ系列達1500W） | 瓦級（如PESD5V0S1BT僅5W） |
2. 電氣特性對比
| 參數 | TVS管 | ESD保護二極管 |
|---|---|---|
| 響應時間 | 1ns~5ns | 0.1ns~1ns |
| 寄生電容 | 幾十pF~nF（不適用于高頻） | 0.05pF~5pF（優化高速信號） |
| 封裝尺寸 | 大封裝（SMA、SMB）應對高功率 | 小封裝（DFN1006、0201）節省空間 |
3. 選型要點總結
| 場景 | 推薦器件 | 理由 |
|---|---|---|
| 電源防雷擊 | TVS管（如5KP系列） | 高IPP（50A+），耐10/700μs波形 |
| USB3.0接口 | ESD二極管（如PRTR5V0U2X） | Cj=0.3pF，支持5Gbps速率 |
| 工業RS485 | TVS+ESD組合（如SM712+PESD5V0） | 兼顧浪涌與靜電防護 |
四、選型設計案例
案例1：以太網端口防護（RJ45）
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需求：防護±8kV接觸放電（IEC61000-4-2）和1kV浪涌（IEC61000-4-5）。
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方案：
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TVS選型：SRV05-4（VBR=6V，IPP=5A，Cj=50pF）。
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布局要點：TVS靠近RJ45連接器，信號線先過TVS后接PHY芯片。
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案例2：手機USB-C接口ESD防護
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需求：支持USB3.1 10Gbps，防護±15kV ESD。
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方案：
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ESD選型：RCLAMP0524P（Cj=0.2pF，IEC61000-4-2 Level4）。
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布局要點：ESD器件距接口<3mm，差分對走線等長。
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五、主流廠商推薦
| 廠商 | TVS代表型號 | ESD代表型號 | 特點 |
|---|---|---|---|
| Littelfuse | SMCJ系列（1500W） | SP3050（超低電容） | 高功率TVS專家 |
| ON Semi | 1.5KE系列（1500W） | ESD9X系列（多通道） | 性價比高 |
| STMicro | SMA6J系列（600W） | USBLC6-4（USB專用） | 汽車級認證 |
| Nexperia | PESD系列（0201封裝） | IP4234（四通道） | 小封裝集成化 |
六、總結
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TVS管：應對高能量、慢速瞬態（如雷擊），選型關注VBR、IPP、VC。
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ESD二極管：防護低能量、快速靜電（如人體放電），選型關注Cj、ESD等級。
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混合應用：對浪涌和靜電均敏感的場景（如工業通信），可采用TVS+ESD組合方案。
設計箴言：
“TVS抗浪涌，ESD防靜電；
高壓看鉗位，高速選電容。”
注：具體選型需結合數據手冊實測驗證，本文參數均為典型值參考。
