ESD/TVS二极管选型指南：关键参数解析与应用案例详解

在电子设备中，静电放电(ESD)、雷击、浪涌电压等瞬态过压事件可能瞬间损坏精密电路。ESD二极管和TVS(瞬态电压抑制)二极管是两类关键保护元件，需根据应用场景选择：

ESD二极管：主要用于防静电，有一定的浪涌防护能力，适用于信号接口、Vbus(USB总线电源)、VCC等电源的静电防护。

TVS二极管：适用于浪涌电压(如雷击浪涌、开关瞬变)的防护，常见于工业设备(电源、通信设备)和汽车电子。

在典型保护电路中，二极管并联在信号/电源线和地的两端，如下图示：

本文雷卯EMC小哥将从参数解析、选型步骤及案例分析三方面，协助工程师快速选择合适的保护器件。

ESD/TVS二极管的原则

保护二极管需满足以下核心要求：

1、正常工作时“不干扰”

反向工作电压(VRWM)：必须高于电路最大工作电压的峰值(VRWM ≥最大工作电压)，例如5V电路需选VRWM≥5V的器件

漏电流(IR)：在最高工作温度(如85℃)下，IR需低于电路允许值(μA或nA级)

寄生电容(CJ)：高频信号线路(如USB 3.0)需CJ<0.5pF。

2、过压时“精准钳位”

钳位电压(VC)：需低于被保护器件的耐压极限(如芯片耐压10V，则VC≤10V).

浪涌电流(IPP)：根据应用场景选择脉冲类型，再根据脉冲类型及测试等级选择，参考IEC 61000-4-2(ESD)或IEC 61000-4-5(浪涌)的测试条件。

脉冲类型	参数	对应标准	应用场景
矩形脉冲	波形：矩形（方波） 幅值、宽度可调	IEC 61000-4-5 GB/T 17626.5	快速电压变化（如开关操作）
正弦波脉冲	频率：50/60 Hz 幅值可调	IEC 61000-4-13 GB/T 17626.13	电网波动（过压/欠压）
锯齿波脉冲	上升/下降时间可调 幅值可调	定制标准（参考IEC 61000-4）	模拟快速上升、缓慢下降的瞬态（如开关电源纹波）
8/20 μs 波形	上升时间：8 μs 下降时间：20 μs	IEC 61000-4-5 GB/T 17626.5	雷击浪涌
1.5/50 μs 波形	上升时间：1.5 μs 下降时间：50 μs	IEC 61000-4-5 GB/T 17626.5	间接雷击或开关瞬态
静电放电（ESD）脉冲	电路：330 Ω 150 pF	IEC 61000-4-2	静电：±2kV~±15kV
人体放电模型（HBM）	电路：1500 Ω 100 pF	ESD-STM5.1-1998 JEDEC JESD22-A114	静电：±2kV~±20kV
10/1000 μs 指数脉冲	上升时间：10 μs 下降时间：1000 μs	ISO 7637-2 或 IEC 61000-4-10	长持续时间浪涌（电网故障或汽车负载突降）
负载突降（Load Dump）	持续时间：100 ms~1s 电压：125%~150%额定电压	ISO 7637-2 / ISO 16750-2	汽车电子（发电机卸载导致的电压骤升）

关键参数解析与选型表

选型步骤与案例分析

1、确定应用场景：用于消费电子、工业设备、还是汽车电子?信号路还是电源路?静电防护还是浪涌防护?浪涌防护需要过什么测试标准?PCB布局对于封装的需求。

2、参数考量：工作电压VRWM和温度范围TA、漏电流IR和电容CJ、钳位电压VC和浪涌电流IPP。

3、案例1：手机(消费电子)USB 3.0(信号)ESD防护：

Vbus电源线：

选型：ESDA05CP(VRWM=5V，VC=10V，IPP=8A/8/20μs)

验证：VC≤10V(低于芯片耐压15V)，符合±15kV 接触放电，±25kV 空气放电：

D+D-数据线：

选型：ULC0502P3(CJ=0.6pF，IEC 61000-4-2 ±30kV空气放电);

验证：USB2.0的数据信号Cj≤0.6pF，不影响信号完整性。

SSTX/SSRX高速信号线：

选型：ULC0524P(CJ=0.3pF，IEC 61000-4-2 ±30kV空气放电)。

案例2： 12V直流电源浪涌保护

根据电源所处环境选择合适保护电流的ESD/TVS器件，如需满足IEC61000-4-5浪涌高等级测试需选用大功率SMC器件。

消费电子设备的次级12V直流电源，可以采用ESD器件SD12C/SD1271P6W，封装小节省空间，满足IEC61000-4-2，等级4，接触放电30KV，空气放电30KV。 也有一定的抗浪涌能力IEC61000-4-5 (Lightning) 15A (8/20μs).

工业设备(如PLC、传感器、通信基站电源模块)，应对雷击浪涌(8/20μs波形)、电网切换瞬变、开关电源反向电动势，IEC 61000-4-5(1-4级);

工作电压(VRWM)：一般建议TVS二极管的Vrwm大于1.2倍的电源电压，选15V如SMBJ15CA，避免因电源自身的电压波动而频繁误触发TVS。

钳位电压(VC)：需低于被保护器件耐压，如后端DCDC耐压40V，选VC≤40V(如工作电压和后端耐压区间较窄，雷卯有回扫型TVS器件可供选择，如针对24V DC直流电源的后端耐压35V的，LM1K24CA，SMB封装小，低残压VC=35V，单颗保护水平可以到2KV)

选型建议留有足够的保护裕量，高温环境需注意增加散热措施，防止TVS管过热导致的损坏‌。必要时可以采用多级保护，GDT泄放大电流，TVS精准钳位。(级联顺序GDT→TVS)

案例3： 12V汽车电源浪涌保护

和工业电源不同的是，汽车电源波动更大，测试标准更严苛，需要过ISO 7637-2/ ISO 16750-2标准中的系列测试，此标准中最为严苛的为Pulse 5A波形和参数如上。

工作电压(VRWM)：12V系统一般选24V器件(如SMBJ24CA)

钳位电压(VC)：低于汽车电子器件耐压

浪涌电流：ISO 7637-2脉冲5A(电压峰值200V)和ISO 16750-2负载突降测试

温度范围：-40℃~+125℃(AEC-Q101认证)

总结与建议

选型优先级：VRWM > VC > CJ(高频场景);

场景适配：

1、消费电子：低CJ + 高ESD等级(如±15kV接触放电);

2、工业设备：高IPP(如200A浪涌)，低钳位电压VC;

3、汽车电子：符合ISO 7637-2/ ISO 16750-2标准，满足ACQ-101认证的车规器件;

关键点：需通过实际测试确认参数达标，避免理论选型偏差。

布局：TVS引线长度≤20mm，接地线直接连接电源地层，减少寄生电感。

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希望通过雷卯EMC小哥的参数解析和案例分析，工程师们可以快速定位目标器件，避免因选型不当导致的系统故障。如需进一步选型支持，可关注雷卯电子公众号获取各种接口保护方案或联系雷卯EMC小哥获取定制化方案。

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