外观
TVS 二极管选型：单向、双向与阵列结构
TVS（瞬态电压抑制）二极管通过瞬态导通限制被保护节点的电压，选型要同时满足“正常状态不误导通”和“异常时钳位足够低”。本页围绕 TVS 的方向、通道与内部拓扑，说明如何选择电源浪涌用器件和信号线 ESD 保护器件。二极管基础见二极管选型。
一、先确定被保护节点与瞬态条件
| 设计输入 | 选型前应记录 |
|---|---|
| 正常电压 | 最大连续电压、供电容差、信号正负摆幅和共模范围 |
| 瞬态来源 | 静电、线缆浪涌、感性关断；各自的波形、极性和源阻抗 |
| 下游耐受 | 推荐工作范围、绝对最大值、原厂给出的脉冲耐受条件 |
| 信号要求 | 数据速率、上升时间、电容预算、允许漏电与差分不平衡 |
| 脉冲负荷 | 峰值电流、持续时间、重复次数、频率和初始温度 |
| 实现条件 | 通道数、封装、钳位回流位置、引脚排列和 PCB 寄生 |
TVS 处理瞬态，不能把持续误接电源或短路当作一次可无限延长的浪涌。存在持续故障时，还需设计限流或断开路径，并核对 TVS 在断开前承受的能量。
二、TVS 内部有哪些分类
1. 按钳位方向：单向与双向
这里的“方向”描述器件两端的电压—电流特性，与数据传输是单向还是双向无关。下表使用实物照片，对照同组照片中的单向和双向实例；色环识别规则仍须按具体厂商资料确认。
| 类型与实物照片 | 工作特点 | 适用场景与核对重点 |
|---|---|---|
 上方带色环的 1.5KE20A 为单向 TVS 实物 来源与许可 单向 TVS | 一侧反向雪崩钳位，另一侧正向导通；接正电源对地保护时，通常阴极接被保护正节点、阳极接地 | 常见于单极性直流节点。正常负向摆幅可能被正向导通截断，须检查正常与故障两种极性；实际接法按型号资料确认 |
下方无色环器件为双向 TVS 实物；仅据此照片说明此组实例 来源与许可 双向 TVS | 两种极性均可进入雪崩钳位，通常具有相近的正负阈值；具体是否对称以手册为准 | 常用于需要容许正负电压的节点。双向也有击穿和钳位窗口，不能仅凭“交流信号”或“双向通信”决定型号 |
同一系列可能用型号后缀区分单向/双向，例如本文引用的 Littelfuse SMBJ 表列出 SMBJ33A 与 SMBJ33CA。后缀含义须按实际厂商订购表读取，不能推广成所有品牌的通用命名规则。
2. 按通道与网络：单通道、多通道与低电容保护
| 类别与实物照片 | 是什么 | 选型要点 |
|---|---|---|
轴向两端 TVS 实物，图中含单向与双向型号 来源与许可 单通道独立 TVS | 一个钳位通道保护一个节点或一对端点，可为单向或双向 | 查实际两端极性、工作电压、电流和封装；“单通道”不规定是单向还是双向 |
 Semtech LCDA15 双线保护阵列板上实物 来源与许可 多通道 TVS 阵列 | 把多个钳位通道集成在同一封装，可能共用接地端，便于多线接口保护 | 查内部原理图、每通道参数、公共回流、通道耦合和引脚顺序；封装有几只引脚不等于能保护几条线 |
 Semtech LCDA05 低电容双线保护阵列实物 来源与许可 低电容 TVS 保护网络 | 在保护网络中兼顾低电容与瞬态钳位；内部实现因型号而异。LCDA05 是双线低电容保护器件，不能仅凭封装认定其拓扑与 USBLC6-2 相同 | 查每路电容、内部图、接地与电源端要求、掉电状态及钳位路径；不能当成任意两端 TVS 使用 |
照片不能替代具体器件的接线或管脚图。带导流二极管与共用钳位网络的 USBLC6-2 仍须按原厂内部图接线；它与上表 LCDA05 的内部拓扑不能混用。单向/双向是钳位特性，单通道/多通道是数量，独立钳位/导流网络是拓扑，三者可以交叉。
LCDA05 的双线与低电容特性可核对 Semtech 原厂产品资料。
3. 本文解析的商品实例
以下两款商品分别用于解释功率 TVS 和低电容保护阵列的参数读法，具体应用见第五节。低电容不是一种新的钳位方向，高功率也不代表一定适合高速信号。
| 对应商品图 | 代表型号与用途 | 优先比较 |
|---|---|---|
 | Littelfuse SMBJ33CA，DO-214AA，双向单通道功率 TVS。商品：C83325 | 电压窗口、指定波形下的 IPP/PPP、钳位和温度降额；本文用它说明参数读法，不作为通用 24 V 保护推荐 |
 | ST USBLC6-2SC6，SOT-23-6L，带导流网络的两条数据线 ESD 保护阵列。商品：C7519 | I/O 正负电压范围、电容、钳位、通道匹配及电源端接法；USB 2.0 实例不能直接扩展到任意更高速接口 |
商品图用于识别外形，不能从同样的二极管或多脚封装推断内部类型。选型入口可参考立创商城“静电和浪涌保护(TVS/ESD)”类目，最终按完整型号和原厂内部图核对。
三、关键参数与选型顺序
1. 先找正常电压与钳位电压之间的窗口
| 参数 | 含义 | 选型时如何使用 |
|---|---|---|
| VRWM / VR | 反向工作/截止电压 | 覆盖最大正常电压、容差与允许摆幅，并检查此状态的漏电 |
| VBR | 规定测试电流下的击穿电压 | 说明开始进入击穿区的条件，不能当成大电流时的钳位电压 |
| VC | 指定电流、波形和温度下的钳位电压 | 与实际脉冲条件对应，再叠加布线寄生，与下游耐受比较 |
正常电压低于 VRWM 只是第一步。若所需 VRWM 足够高时 VC 已超过下游耐受，说明当前窗口不成立，需要调整保护方案或下游器件，而不是以“TVS 已装上”判断保护有效。
2. 再核对脉冲电流、功率与温度
峰值脉冲电流 IPP 和峰值脉冲功率 PPP 都带波形、脉宽、初始温度及重复条件。本文 SMBJ 存档手册的 600 W 基于指定 10/1000 µs 波形，不代表连续吸收 600 W，也不能直接换算成任意 8/20 µs 或 ESD 条件。
先估算 Ppk≈VC×IPP，再计算 E=∫v(t)i(t)dt，结合原厂脉冲、降额及重复能力判断。不同厂商即使采用同一封装，也必须按各自手册的波形和温度比较。
器件 HBM/CDM 耐受与整机 IEC ESD 测试的激励不同；器件级 ESD 测试通过，也不能代替整机端口验证。
3. 信号线还要核对电容、漏电与动态钳位
电容会随电压、频率和内部拓扑变化。高速信号应结合实际带宽、边沿、插入损耗、差分平衡与眼图验证，不能只比较一个典型 pF 数字。高阻模拟节点还要计算漏电造成的误差，并检查最高温度下的漏电。
对快速 ESD，应在相应的脉冲/TLP 等资料和试验条件下比较钳位表现。8/20 µs 的 VC 数据不能完整描述纳秒级 ESD 的过冲；缺少对应资料时，需要通过实测补足。
4. 最后确认极性、引脚和供电状态
独立单向 TVS 检查阳极、阴极及丝印；双向器件也须按封装资料确认引脚。阵列逐线核对 I/O、公共地、电源端、NC 与内部连接。带导流网络的器件还需检查被保护系统断电时是否出现反灌或超出允许范围。
四、真实数据手册截图与解析
以下保留对应商品的存档手册截图：USBLC6-2 为 Doc ID 11265 Rev 5，SMBJ 为页面注明的 2025 年版本。选购时应再核对现行版本；图中的保证值、测试条件和页码以所引用存档为准。
USBLC6：钳位电压与电容都有测试条件
来源：ST USBLC6-2 Very Low Capacitance ESD Protection，Doc ID 11265 Rev 5，24 October 2011，PDF 第 2 页，Tables 1 / 2：Absolute ratings / Electrical characteristics。
读图与选型：I/O 到地钳位在 8/20 µs、1 A 时为 12 V，5 A 时为 17 V；不能当作 5 V 电源轨电压。I/O 对地电容在 VR=1.65 V 下最大 3.5 pF。器件级 ESD 额定与整机测试路径不同，应保留原表而不是只抄一个 kV 数字。
USBLC6：寄生电感会叠加残压
来源：ST USBLC6-2 Very Low Capacitance ESD Protection，Doc ID 11265 Rev 5，24 October 2011，PDF 第 5 页，2.3 How to ensure good ESD protection；Figures 6～8。
读图与选型：原厂明确说明 I/O、VBUS 与地路径的寄生电感会增加瞬态电压。图 7 对比不适当与优化布局，图 8 给出测试条件；因此 TVS 的裸器件 VC 不能直接等于收发器引脚残压。布线与回流必须作为保护方案的一部分。
SMBJ33CA：33 V 不是钳位电压
来源：Littelfuse SMBJ Series 600 W TVS Diodes，Revised: JC.07/04/25 v4（原文日期格式），PDF 第 2 页，Electrical Characteristics，SMBJ33A / SMBJ33CA 行及表头脚注。
读图与选型：双向 SMBJ33CA 对应 VR=33 V、VBR=36.7～40.6 V@1 mA、VC 最大 53.3 V@11.3 A。电压条件差别决定能否保护下游；不能对 40 V 器件声称“33 V TVS 已保护”。此表为 25 °C 默认条件，应连同脉冲与温度降额使用。
SMBJ：脉冲波形和初始结温共同限制能力
来源：Littelfuse SMBJ Series 600 W TVS Diodes，Revised: JC.07/04/25 v4（原文日期格式），PDF 第 4 页，Figures 3 / 4：Peak Pulse Power Derating / Pulse Waveform。
读图与选型：10/1000 µs 波形的定义不是矩形 1 ms，图中包含上升和半峰值时间。初始结温升高后可承受脉冲功率/电流下降。其余图包含单向器件专用条件，不可无区别用于双向 SMBJ33CA。
五、常见场景与计算
场景 1：USB 2.0 数据线的 ESD 保护
USBLC6-2SC6 示例包含两条数据线的保护及 VBUS 相关钳位网络。先按原厂内部图和推荐连接确认 I/O、VBUS 与地，再检查输入摆幅、电容、钳位和回流。其存档表中最大 3.5 pF 带偏置条件，不能据此认定它满足 USB 3.x 或其他更高速接口。
Type-C 连接器上的 USB 2.0 数据线、CC/SBU、高速差分线与 VBUS 具有不同电压和信号要求，应分别选 TVS/ESD 器件。尤其不能把面向 5 V 条件的保护连接直接套到更高电压 USB PD 电源路径。
验收：正常通信眼图、插拔、掉电状态、端口 ESD 后的功能与恢复，并在连接器、外壳和接地均装齐的样机上测试。
场景 2：RS-485 / CAN 总线
先记录收发器允许共模、总线正常正负摆幅、误接条件和目标瞬态波形。再查 TVS 的正负 VRWM、相应方向的 VC、电容和通道结构；某些专用总线器件具有不对称的电压窗口，应按内部图和参数表识别。
双向通信并不自动要求一只对称双向 TVS。SMBJ33CA 的钳位可能高于收发器耐受，USBLC6-2SC6 也可能因电压窗口、负向范围或拓扑不合适。保护器件与收发器必须成对校核，串联阻抗还需检查其对终端和信号电平的影响。
验收：目标速率与最长线缆下的通信、正常共模边界、正负瞬态及接地差异。
场景 3：24 V 电源入口的电压窗口
假设正常最大电压为 28.8 V，考虑 SMBJ33CA。存档表中 VR=33 V 覆盖该正常值，但 VBR=36.7～40.6 V，VC 最大 53.3 V@11.3 A。若下游只有 40 V 绝对最大额定，这组参数不能证明保护有效，还必须考虑实际电流和寄生过冲。
进一步假设浪涌源峰值 80 V、等效串联电阻 10 Ω，暂用 53.3 V 作钳位估计，则 Ipk≈(80−53.3)/10=2.67 A，峰值耗散约 142 W。这里沿用的是 11.3 A 表列钳位值作初估，并非 2.67 A 工作点的闭环解；应按 I-V 特性迭代或用验证数据，继续检查脉宽、温度、能量与重复次数。
验收：实际源阻抗下 TVS 端和芯片端的残压、最坏温度与重复脉冲。142 W 小于 600 W 不能作为任意浪涌试验合格的依据。
场景 4：感性负载关断钳位
假设线圈 L=100 mH、电流 0.2 A，关断前储能为 E=LI²/2=2 mJ。若钳位网络使线圈承受近似恒定的 20 V 反向电压，忽略绕组电阻时 t≈LI/V=1 ms；实际电压由钳位位置、供电及器件特性共同决定。
提高钳位电压可以缩短释放时间，也会增加开关管耐压要求。先画出关断电流回路，确认单向 TVS 是否需要与串联二极管等构成指定钳位路径，再检查 TVS、开关管的峰值应力、单次能量和重复热负荷。不能把一只单向 TVS 任意跨在线圈上就认定工作在其反向钳位电压。
若每秒关断 10 次，平均储能仅为 20 mW；平均功率仍不能代替 2 mJ 单次脉冲与初始结温校核。续流与开关管选择另见二极管选型、MOS 管选型。
六、布局、替代料与检查表
把 TVS 放在外部瞬态进入的路径附近，使连接器到保护节点、保护节点到回流参考的回路短而宽。信号先经过保护节点再进入芯片，避免长分支；阵列的通道排列应有利于直通布线。回流不能穿过敏感电路的窄地颈，机壳、屏蔽和 PCB 地的连接应与实际测试路径一致。
| 检查项 | 应保存的选型结果 |
|---|---|
| 分类与接法 | 单向/双向、通道数、独立/导流结构、完整引脚与供电状态 |
| 正常状态 | 最大正负电压、漏电、电容、信号与温度边界 |
| 钳位窗口 | 实际电流下 VC、布线过冲、下游脉冲耐受依据 |
| 脉冲能力 | 波形、源阻抗、IPP、能量、初始温度和重复次数 |
| 布局与实测 | 入口位置、回流路径、TVS 端/芯片端残压及通信表现 |
| 替代条件 | 相同测试条件下的钳位、电容、漏电、脉冲能力与封装接法 |
常见误区包括：把 VBR 当 VC，把 600 W 当连续功率，把双向通信等同于双向 TVS，把封装相同当成内部拓扑相同，以及只测裸板而忽略最终外壳和回流。替代时逐项核对这些条件，不能只按“封装、工作电压、峰值功率”三个字段选料。
七、参考资料
- ST USBLC6-2 原厂存档手册（Doc ID 11265 Rev 5，2011-10-24；对应本页截图）。
- ST USBLC6-2 现行原厂手册（选购时核对版本及变更）。
- Littelfuse SMBJ 系列原厂存档手册（Revised: JC.07/04/25 v4；对应本页截图）。
- Littelfuse SMBJ33CA 商品与资料入口。
- ST USBLC6-2SC6 商品与资料入口。
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