瞬态二极管TVS浪涌抑制能力与封装的博弈

之前在讨论ESD的文章中，经常提到ESD抑制器和TVS二极管，二者是进行ESD防护和浪涌保护时非常常用的器件。TVS，也就是瞬态二极管，作为一种高效能保护元器件，两极若受到反向瞬态高能量时候能够吸收浪涌，对后级电路形成有效的保护。由于TVS起保护作用时动作极为迅速，加之使用方便，因此在瞬变电压防护领域有着非常广泛的应用。

TVS的单极性双极性之分

TVS在稳压二极管的基础上发展起来，根据极性可分为单向TVS和双向TVS，单极性TVS二极管一般适用于直流电路，单极性意味着他只对一个方向的浪涌电压冲击起保护作用，相当于一个稳压二极管的作用。其正向特性与普通稳压二极管相同，反向击穿拐点处为典型的PN结雪崩。当有瞬时过压脉冲时，器件的电流急骤增加而反向电压则上升到钳位电压值，并保持在这一水平上。

双极性TVS对相反的极性浪涌电压冲击都起保护作用，相当于两只稳压管反向串联，双极性TVS管保护器件一端接要保护的线路，一端接地，无论来自反向还是来自正向的ESD脉冲都能即时响应，更有效地保护了IC，一般适用于交流电路中。双极性TVS正反两个方向都具有相同的雪崩击穿特性和钳位特性，一旦加在它两端的干扰电压超过钳位电压就会立刻被抑制掉。

适合移动应用的TVS

在5G基础设施、5G手机、电动汽车充电桩、个人电脑、工业电子等市场的推动下，TVS二极管市场有大幅度的增长。但由于供应商原材料价格不断上涨，半导体制造产能仍旧短缺并且成本还在增加。今年上半年，知名的TVS半导体厂商Semtech就发布涨价函，对所有TVS瞬态电压抑制二极管新订单进行涨价。

火热的手机、个人电脑等消费类场景快速的发展，对TVS的抗浪涌提出了更高的要求。移动设备不断朝着尺寸小型化、功能多样化和高度集成化方向发展，智能化、集成度越来越高，愈发容易受到ESD/EFT和共模/差模浪涌冲击等浪涌电压的干扰。

适合移动应用的TVS需要根据电路预期浪涌电流及可能出现的峰值脉冲功率来确定峰值脉冲电流和额定脉冲功率，对手机设备的电路而言，500W的功率一般都能满足其要求，对功率密度要求不高。另外，手机入网浪涌测试会要求±8kV静电正常，空气放电±15kV静电正常。Nexperia的移动应用TVS则做到了单线接口±30kV的静电放电正常。
不同于在工业以及汽车应用中TVS考虑到功率密度封装不可避免地会偏大，移动设备这些非常有限的应用里TVS会极其注重器件封装大小。适用于移动应用的TVS二极管会通过调整和优化有源区面积，尽可能减少所需PCB占用面积。

功率密度始终是工业级和汽车级TVS的最大考量

虽说较大的封装一直是TVS被人所诟病的地方，在工业级和汽车级应用上的TVS也在尽可能将封装做得更小，但功率密度始终是这类TVS应用上最大的考量。

在不纠结封装大小的设计下，ST的主流车规级TVS LDP01系列在175℃的宽温度范围满足AEC-Q101标准、ISO 7637-2 Pulses 1、2a、3a、3b标准以及IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-4和ISO 10605关于静电放电的要求，峰值脉冲功率5000W。

SM30TY Transil系列在保证足够的功率密度（3000W）的同时给出了尺寸更小、成本更低廉且电涌保护功能符合要求的选择。而采用SMB Flat封装时的TVS功率密度为1500 W，高度仅有1.0 mm。工业级和汽车级TVS在封装上的革新都建立在功率密度足够的前提下。

小结

在器件端口和接口进行防护，使其免受各种瞬态过压事件的影响是提升电子器件可靠性重要的一环。目前在各个应用领域内，TVS的应用围绕着足够的功率密度和更小的封装做取舍，缩小封装有源区面积减小后是否会存在ESD防护能力弱以及整个系统鲁棒性降低的问题则要看各厂商在TVS设计上的功力了。