您好,欢迎访问深圳市阿赛姆电子有限公司的官方网站!

ESD防护器件生产制造商

EMC解决方案提供商

客户服务热线

您的位置:首页 > 案例新闻 > ASIM动态 >  

案例新闻

news

全国服务热线: 400-0405-909

TVS管钳位电压过高会保护失效还是伤芯片?

2026-01-14 16:11:52

钳位电压是TVS管选型中最容易被误读的参数。许多工程师误以为只要TVS动作,电路就安全了,却忽略了钳位电压本身可能超过后级芯片的承受极限。实际情况是,钳位电压过高直接导致保护功能失效,芯片在TVS导通瞬间遭受不可逆损伤。

一、先明确3个核心关键参数

反向截止电压VRWM:TVS在正常工作状态下的电压上限,此电压下器件处于高阻态,漏电流通常在微安级。VRWM必须高于电路最高工作电压,否则TVS会在正常工况下误触发。

击穿电压VBR:TVS从截止转为导通的临界点,在毫安级测试电流下定义。VBR仅为触发值,并不参与实际保护过程,其数值通常比VRWM高15%至20%。

钳位电压VC:TVS在承受峰值脉冲电流Ipp时两端维持的最高电压,是后级电路实际承受的瞬态电压。VC随浪涌电流增大而升高,规格书标注的VC值对应特定Ipp测试条件。VC必须低于被保护芯片的最大瞬态安全电压,这是选型的生死线。

二、TVS管的正常保护流程

TVS并联在被保护电路两端,未触发时呈高阻态,不影响电路正常工作。当浪涌来临,电压上升至VBR,TVS雪崩击穿,阻抗骤降至毫欧级,将浪涌电流通过自身泄放至地。此时TVS两端电压被钳位在VC,后级芯片承受的电压即为VC。浪涌结束后,TVS恢复高阻态,电路回归正常。

有效保护的判定标准:VC < 芯片耐压 × 80%。例如芯片耐压30V,则VC必须低于24V。若VC为28V,即使TVS导通,芯片仍会承受超出安全范围的电压,保护形同虚设。

三、钳位电压过高的异常危害机制

钳位电压过高产生两种直接危害:瞬时击穿失效累积性损伤

瞬时击穿失效:当VC超过芯片耐压时,浪涌电流尚未完全泄放,芯片内部PN结已被击穿。TVS虽然导通,但芯片同时发生短路或开路失效。这种失效在浪涌测试第一球即可观察到,表现为芯片冒烟、电源短路或功能丧失。

TVS管钳位电压过高


累积性损伤:若VC略低于芯片耐压(如芯片耐压30V,VC=28V),单次浪涌可能不会立即损坏芯片,但会使芯片内部氧化层承受强电场应力。多次浪涌后,氧化层逐渐发生时间依赖性介电击穿(TDDB),芯片参数漂移,最终在量产现场出现批量失效。此类失效更难排查,因其具有滞后性和随机性。

钳位电压过高还间接导致TVS自身过热。VC与Ipp的乘积是TVS实际吸收的功率,VC越高,功率越大,器件结温上升越快。重复浪涌下,TVS可能因热疲劳提前失效,失去后续防护能力。

四、影响危害程度的2个关键因素

后级芯片的瞬态耐压阈值
芯片的绝对最大额定电压(Absolute Maximum Rating)是硬红线。部分芯片标称耐压30V,但实际在25V以上停留超过1μs即可能发生栅氧化层损伤。选型时必须查阅芯片手册中的瞬态耐压曲线,而非仅看标称值。汽车级芯片(AEC-Q100)通常要求VC低于耐压的75%,工业级为80%,消费电子为85%。

实际浪涌电流的大小
VC并非固定值,而是随Ipp线性上升。规格书标注的VC@Ipp为典型值,实际浪涌电流若超过测试电流,VC会进一步升高。例如某TVS标注VC=20V@Ipp=10A,当实际浪涌电流为30A时,VC可能升至24V。因此选型需根据实测环境评估最大浪涌电流,并查阅VC-Ipp曲线确认最坏情况下的VC值。

五、直观案例对比

案例一:正确选型,有效保护
12V电源接口,后级DC-DC芯片耐压20V。选用VRWM=15V、VBR=16.7V、VC=18.5V@Ipp=50A的TVS。浪涌2kV产生Ipp=50A时,TVS将电压钳位在18.5V,低于芯片耐压的80%(16V),芯片安全。浪涌结束后TVS恢复,设备正常运行。

案例二:钳位电压过高,保护失效
同12V系统,后级芯片耐压15V。选用VRWM=13V、VBR=14.5V、VC=23V@Ipp=50A的TVS。浪涌来临时,TVS虽导通,但VC=23V超过芯片耐压15V,芯片在TVS动作瞬间击穿。测试表现为电源短路,TVS外观完好但已失去意义。

案例三:钳位电压临界,累积损伤
12V系统,后级芯片耐压24V。选用VRWM=15V、VBR=16.7V、VC=22V@Ipp=50A的TVS。单次浪涌测试通过,但VC已接近芯片极限。产品在长期使用中经历数百次小浪涌,芯片内部氧化层逐步退化,6个月后出现批量失效,故障率从0.02%升至5%。

六、总结:钳位电压过高的核心危害逻辑

钳位电压过高的根本危害在于TVS动作不等于电路安全。TVS的职责是限制电压,而非仅仅导通。若VC超过芯片耐压,TVS反而成为"帮凶"——它消耗了浪涌能量,却仍将致命电压施加在芯片两端。此时保护电路完整,被保护电路已损坏,失效模式最为隐蔽。

选型时必须遵循:先确定芯片耐压,再反推VC上限,最后选择VBR与VRWM。任何以"击穿电压够低"或"功率足够大"为由忽略VC的行为,都将导致保护设计失败。钳位电压是TVS管与后级芯片之间的"安全契约",超出此契约,保护即失效。

七、阿赛姆的真实应用价值

深圳阿赛姆电子有限公司成立于2013年,是国家高新技术企业与深圳市专精特新企业,专注电路保护元器件方案服务。

VC参数透明化:阿赛姆在规格书中提供完整的VC-Ipp曲线,而非单点数值。工程师可根据实际浪涌电流评估VC最坏情况,避免参数盲区。其ESD0402V025T在3.3V工作电压下,VC@Ipp=3A为6.8V,明确标注适用于5V耐压的芯片保护。

实测验证闭环:阿赛姆配备辐射发射、传导发射、雷击浪涌、ISO7637等EMC检测设备,提供免费样品实测服务。工程师可获取包含VC在不同浪涌电流下波形的完整测试报告,而非仅规格书截图。这种实测机制有效规避了批次波动导致的VC超标风险。

车规级产品经验:阿赛姆SM8S36A符合AEC-Q101标准,其VC@Ipp=58.1A为58.1V,在设计时已充分考虑汽车芯片的耐压降额要求,适配12V/24V车载系统的抛负载保护。其低电容系列ESD3V3D006TA的Cj=0.5pF,VC@Ipp=6.5A为5.8V,满足车载千兆以太网的信号完整性要求。

技术支持直达:阿赛姆提供在线技术咨询专线与EMC设计整改服务,协助工程师根据芯片手册的瞬态耐压曲线,精准匹配VC参数,避免因VC过高导致的隐性失效。其官网可下载5000+型号的完整参数手册,支持在线选型工具。

钳位电压的选型不是数值游戏,而是基于芯片真实耐压与浪涌环境的精确计算。阿赛姆的价值在于提供参数透明化与实测验证,确保VC在真实工况下始终低于安全阈值。

上一篇:汽车电子TVS二极管选耐高温还是保响应灵敏度? 下一篇:最后一页

深圳市阿赛姆电子有限公司

ESD防护器件生产制造商 EMC解决方案提供商
400-014-4913
地址:深圳市龙华区大浪街道高峰社区龙城工贸御祥3栋1层
邮箱:asim@asim.com.cn
微信公众号
官方客服