Part 01

前言

關于TVS二極管的選型，會涉及到一系列的計算，當我們進行TVS瞬態抑制二極管選型時，需要確保它能夠有效保護電路免受瞬態電壓的損害，同時又需要保證TVS二極管自身不會被瞬態電壓給打壞了，因為TVS二極管擊穿后的失效模式大概率是對地短路，而且TVS二極管又是接在電源線上的，這樣就會導致我們的電源對地短路，從而整個產品就會失去功能。 之前我有文章專門分享過基于我的經驗去對TVS二極管進行選型計算，最近看到ST官方社區有硬件工程師提問TVS二極管選型相關的問題，并且給出了自己的選型思路，ST官方針對其選型思路給出了指導以及問題解答，個人覺得非常有借鑒意義，相信本篇文章對于TVS二極管選型迷茫的硬件工程師很有借鑒意義，接下來就來詳細解讀一下。

Part 02

提問者的TVS二極管選型思路以及疑問

1.產品的輸入電壓等條件如下： 產品輸入直流電壓最大值：Vin_max=30V 產品能耐受的最大脈沖電壓峰值為：Vin_absolute=58V 最大環境溫度Tamb_max=105 °C 產品需要承受的脈沖為8/20μs脈沖波，波形發生器的最大電壓為1kV，內阻為42Ω，那么就可以得到8/20μs脈沖波最大浪涌電流 Isurge_max=1kV/42Ω=24A 2.TVS二極管的參數如下： 這個硬件工程師要選的TVS二極管的型號是ST的SMA6J33CA，對應的TVS二極管的參數如下圖（截自datasheet）

3.選型思路如下： 環境溫度Tamb = 25 °C時： 步驟1，TVS二極管的直流最大耐壓Vrm_DS=33V必須高于Vin_max=30V。 ---> OK 步驟2，TVS二極管的鉗位電壓Vcl_max_DS必須低于產品能承受的最大峰值電壓Vin_absolute=58 V Vcl_max = Vcl_max_DS - Rd_DS x (Ipp_DS - Isurge) = 69 V - 0.512 Ω x (57 A - 24 A) = 52.1 V ---> 公式來自AN5541瞬態電壓保護 ---> OK 步驟3，TVS二極管的功耗Ppp必須低于Ppp_DS = 4000W Ppp = Vcl_max x 浪涌 = 52.1 V x 24 A = 1250 W ---> OK 環境溫度Tamb = 105 °C時： 以上的計算都是基于環境溫度25℃時的TVS二極管的參數進行計算的，但是產品的最大工作環境溫度是105℃，那以上就需要按105℃重新計算。那就意味著需要評估環境溫度是105℃時，8/20μs脈沖波的脈沖波會不會導致TVS二極管的結溫超過其最大結溫175℃，超過了的話，那TVS二極管就會熱擊穿。 根據下圖可知TVS二極管的熱阻Rthja = 150 °C/W

步驟4：根據規格書中的功率&溫度降額曲線，可知 Tj = 175 °C時 Ppp_DR = Ppp_DS x (240 / 600) = 4000 x (240 / 600) = 1600W

然后這位硬件工程師發現計算了一下結溫，結果很離譜： Tj = Tamb + ( Ppp_DR x Rthja ) = 105 + ( 1600 x 150 ) = ??? 他不知道錯在哪里？你知道嗎？ 接下來我們看看ST官方工程師對此問題的解答吧！

Part 03

ST官方工程師的解答

步驟1：正確 步驟2：必須考慮溫度的影響，因為溫度越高會增加會導致TVS二極管的Vcl max越大，規格書中給出的數值只是溫度為25℃的，所以需要考慮最高環境溫度為105℃時TVS的鉗位電壓才行。（可以基于溫度系數計算） 步驟3：圖12中的熱阻曲線對于重復浪涌是比較有用的（可能TVS二極管需要額外的PCB敷銅來耗散其平均功率，以使平均結溫低于Tj_max）。但是這不適用這個產品的應用情況，因為這個產品目前考慮的只考慮8/20μs脈沖波是單個脈沖，而非是重復脈沖。 步驟4：規格書中的圖11對于單次浪涌很有用。但單脈沖的峰值結溫可能高于TVS二極管能承受的Tj_max。因為單脈沖引起的TVS二極管產生的功率耗散將增加其結溫，例如，在175°C環境溫度下，TVS二極管最大只能承受240W的功率耗散，而不是25°C時的600W。

最后認為這位硬件工程師采用SMA6J33CA不太合適，推薦了SMBJ30CA更加合適，大家有興趣可以按上述步驟計算一下，這里不展開計算了。

Part 04

TVS二極管選型神器

最后ST官方推薦了一個TVS二極管的在線選型神器，看下圖，你只需要把你的脈沖類型，產品的電壓等參數一填，就能自動幫你選好TVS二極管。 有些人可能會有疑問，那如果我用的不是ST的TVS二極管，那不是沒用嗎？當然不是，不管你用哪家的，你只要通過在線計算選出對應的TVS二極管，那就可以拿這個TVS二極管的型號去匹配別的廠家的TVS二極管了，哈哈，思路是不是打開了？