还不会TVS二极管选型计算？ST官方工程师的选型分析实例和TVS选型神器，这1600字不可错过！

原创硬件那点事儿 2024-12-02 08:03

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Part 01

前言

关于TVS二极管的选型，会涉及到一系列的计算，当我们进行TVS瞬态抑制二极管选型时，需要确保它能够有效保护电路免受瞬态电压的损害，同时又需要保证TVS二极管自身不会被瞬态电压给打坏了，因为TVS二极管击穿后的失效模式大概率是对地短路，而且TVS二极管又是接在电源线上的，这样就会导致我们的电源对地短路，从而整个产品就会失去功能。

之前我有文章专门分享过基于我的经验去对TVS二极管进行选型计算，最近看到ST官方社区有硬件工程师提问TVS二极管选型相关的问题，并且给出了自己的选型思路，ST官方针对其选型思路给出了指导以及问题解答，个人觉得非常有借鉴意义，相信本篇文章对于TVS二极管选型迷茫的硬件工程师很有借鉴意义，接下来就来详细解读一下。

文末有TVS二极管选型神器推荐，不可错过！

Part 02

提问者的TVS二极管选型思路以及疑问

1.产品的输入电压等条件如下：

产品输入直流电压最大值：Vin_max=30V

产品能耐受的最大脉冲电压峰值为：Vin_absolute=58V

最大环境温度Tamb_max=105 °C

产品需要承受的脉冲为8/20μs脉冲波，波形发生器的最大电压为1kV，内阻为42Ω，那么就可以得到8/20μs脉冲波最大浪涌电流

Isurge_max=1kV/42Ω=24A

2.TVS二极管的参数如下：

这个硬件工程师要选的TVS二极管的型号是ST的SMA6J33CA，对应的TVS二极管的参数如下图（截自datasheet）

3.选型思路如下：

环境温度Tamb = 25 °C时：

步骤1，TVS二极管的直流最大耐压Vrm_DS=33V必须高于Vin_max=30V。

---> OK

步骤2，TVS二极管的钳位电压Vcl_max_DS必须低于产品能承受的最大峰值电压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 ---> 公式来自AN5541瞬态电压保护

---> OK

步骤3，TVS二极管的功耗Ppp必须低于Ppp_DS = 4000W

Ppp = Vcl_max x 浪涌 = 52.1 V x 24 A = 1250 W

---> OK

环境温度Tamb = 105 °C时：

以上的计算都是基于环境温度25℃时的TVS二极管的参数进行计算的，但是产品的最大工作环境温度是105℃，那以上就需要按105℃重新计算。那就意味着需要评估环境温度是105℃时，8/20μs脉冲波的脉冲波会不会导致TVS二极管的结温超过其最大结温175℃，超过了的话，那TVS二极管就会热击穿。

根据下图可知TVS二极管的热阻Rthja = 150 °C/W

步骤4：根据规格书中的功率&温度降额曲线，可知 Tj = 175 °C时

Ppp_DR = Ppp_DS x (240 / 600) = 4000 x (240 / 600) = 1600W

然后这位硬件工程师发现计算了一下结温，结果很离谱：

Tj = Tamb + ( Ppp_DR x Rthja ) = 105 + ( 1600 x 150 ) = ???

他不知道错在哪里？你知道吗？

接下来我们看看ST官方工程师对此问题的解答吧！

Part 03

ST官方工程师的解答

步骤1：正确

步骤2：必须考虑温度的影响，因为温度越高会增加会导致TVS二极管的Vcl max越大，规格书中给出的数值只是温度为25℃的，所以需要考虑最高环境温度为105℃时TVS的钳位电压才行。（可以基于温度系数计算）

步骤3：图12中的热阻曲线对于重复浪涌是比较有用的（可能TVS二极管需要额外的PCB敷铜来耗散其平均功率，以使平均结温低于Tj_max）。但是这不适用这个产品的应用情况，因为这个产品目前考虑的只考虑8/20μs脉冲波是单个脉冲，而非是重复脉冲。

步骤4：规格书中的图11对于单次浪涌很有用。但单脉冲的峰值结温可能高于TVS二极管能承受的Tj_max。因为单脉冲引起的TVS二极管产生的功率耗散将增加其结温，例如，在175°C环境温度下，TVS二极管最大只能承受240W的功率耗散，而不是25°C时的600W。

最后认为这位硬件工程师采用SMA6J33CA不太合适，推荐了SMBJ30CA更加合适，大家有兴趣可以按上述步骤计算一下，这里不展开计算了。

Part 04

TVS二极管选型神器

最后ST官方推荐了一个TVS二极管的在线选型神器，看下图，你只需要把你的脉冲类型，产品的电压等参数一填，就能自动帮你选好TVS二极管。

有些人可能会有疑问，那如果我用的不是ST的TVS二极管，那不是没用吗？当然不是，不管你用哪家的，你只要通过在线计算选出对应的TVS二极管，那就可以拿这个TVS二极管的型号去匹配别的厂家的TVS二极管了，哈哈，思路是不是打开了？需要这个在线选型工具的可以在微信公众号回复：TVS二极管选型，即可获得这款神器工具，也可加群获得哦。