ESD防护器件制造商全程EMC技术支持

一、概述：电源防护的硬实力挑战

与高速接口的信号完整性防护不同，电源线路防护面对的是纯粹的能量冲击。从电网传导的雷击浪涌（差模2kV/共模4kV）、工业设备的负载切换瞬态到新能源汽车的电池系统波动，每一次威胁都携带焦耳级的能量。防护器件不仅要"扛住"瞬时冲击，更要在纳秒至毫秒级时间内将能量泄放，并将钳位电压控制在被保护电源芯片的耐压范围内。

功率耗散能力是衡量电源防护器件的硬指标。一颗TVS二极管在8/20μs浪涌波形下承受的峰值脉冲功率可达数千瓦，而连续脉冲下的平均功率耗散则决定了其长期可靠性。更严苛的是，电源模块通常工作在密闭高温环境，壳温每升高10℃，TVS的功率承受能力下降5%至8%。此时，降额设计不再是可选优化项，而是保障系统不失效的强制性工程准则。

二、功率耗散：理解关键概念

峰值脉冲功率PPP

峰值脉冲功率指TVS在特定脉冲波形下能承受的最大瞬时功率，通常标注为10/1000μs或8/20μs条件下的瓦特值。例如，阿赛姆SM8566J系列标注6600W（10/1000μs），这意味着其可承受6600瓦的瞬时功率冲击。实际选型时，必须确保PPP值大于电路可能遭遇的最大浪涌功率，并留足降额余量。

平均功率PAV与累积温升

当脉冲重复频率超过1Hz时，必须考虑平均功率耗散。连续浪涌会导致TVS结温累积上升，最终引发热击穿。阿赛姆SMB15J系列在1500W峰值功率下，其平均功率额定值需根据壳温进行修正。经验表明，在85℃壳温环境中，平均功率应降额至标称值的70%以下。

温度与功率的反向关系

结温每超过25℃基准温度10℃，TVS的功率承受能力下降5%至8%。阿赛姆车规级ESD15KPxxxC系列通过AEC-Q101认证，在-40℃至125℃全温域内，其峰值功率波动小于3%。但工业级应用若处于125℃以上环境，必须额外降额20%使用。

封装热阻的决定性影响

封装形式直接决定热阻大小。SOD-123封装热阻约62℃/W，而带散热焊盘的SMA封装可降至40℃/W。阿赛姆SM8566J系列采用SMC封装，热阻优化至15℃/W，配合2盎司铜箔铺地，可将结温上升控制在安全范围内。

三、降额设计：确保可靠性的工程准则

A级与B级降额标准

依据IEC 62380标准，A级高可靠产品要求峰值脉冲功率降额至标称值的70%，B级消费类产品可放宽至80%。例如，若系统可能遭遇1000W浪涌，A级设计必须选择PPP≥1429W的TVS，而B级设计只需PPP≥1250W。阿赛姆SMB15J系列PPK达1500W，恰好满足A级降额要求。

电压降额：击穿电压与钳位电压

击穿电压VBR必须大于电路最大工作电压的1.2倍。12V系统应选择VBR≥14.4V的TVS。钳位电压VC在额定电流下必须小于被保护芯片耐压值的90%。阿赛姆SMB15J15A型号击穿电压16.7V，在50A浪涌下钳位电压24.4V，可保护30V耐压的电源管理IC。

并联与串联的降额陷阱

多TVS并联时，因器件参数离散性，电流分配不均需额外降额10%。阿赛姆SMB15J系列通过±5%的击穿电压精度控制，将并联降额需求降至5%。串联应用虽可提升耐压，但电压分配不均同样需降额10%，且响应时间可能延迟。

脉冲宽度匹配降额

窄脉冲（如ESD的100ns）可满额使用；宽脉冲（如雷击的1ms）需降额至50%。阿赛姆P600系列针对1ms脉冲优化设计，其5000W功率等级在1ms条件下仍保持3000W实际能力。

四、设计流程：从理论到实践

步骤1：应用场景量化

以24V工业电源为例，需明确：

• 最大工作电压：28V（含波动）
• 威胁等级：差模1kV/共模2kV（IEC 61000-4-5）
• 环境温度：-25℃至70℃
• 重复频率：浪涌间隔≥1分钟

步骤2：型号初选

根据功率等级筛选：

• 600W级：阿赛姆SMA6J系列，适合低压小功率
• 1500W级：阿赛姆SMB15J系列，通用工业电源
• 5000W级：阿赛姆P600系列，应对严酷浪涌
• 6600W级：阿赛姆SM8566J系列，新能源车载系统

24V系统推荐SMB15J28A，击穿电压31.1V，峰值脉冲功率1500W，工作温度-55℃至150℃。

步骤3：降额验证

验证SMB15J28A的可靠性：

• 功率降额：1500W × 70% = 1050W > 实际浪涌功率800W（通过）
• 电压降额：VBR=31.1V > 28V×1.2=33.6V（需调整，应选SMB15J33A）
• 温度降额：70℃环境下功率降额至85%，1500W×85%=1275W > 800W（通过）

修正选型：应选用SMB15J33A（VBR=36.8V）以满足电压降额。

步骤4：PCB布局优化

• 距离控制：TVS距电源输入端子≤1cm，减少寄生电感
• 散热设计：TVS接地焊盘铺铜面积≥100mm²，使用4个过孔直连地平面
• 走线宽度：泄放路径走线宽度≥2mm，承载瞬时大电流
• 热隔离：TVS远离开关电源芯片等热源，间隔≥5mm

步骤5：实测验证

• 浪涌测试：按IEC 61000-4-5施加1kV/2kV冲击，监测钳位电压不超过32V
• 温升测试：在70℃环境温度下连续10次浪涌，壳温上升不超过40℃
• 老化测试：1000小时高温反偏（HTRB）后，击穿电压偏移小于5%

五、总结：电源防护与信号防护的核心差异

能量量级差异：电源防护处理焦耳级能量，信号防护处理皮焦级能量。阿赛姆SM8566J系列6600W功率等级是ESD防护器件的数十万倍。

参数关注焦点：电源防护以峰值脉冲功率PPP和钳位电压VC为核心，信号防护以结电容Cj和插入损耗为关键。电源器件允许Cj达到数百皮法，而信号器件要求Cj<0.5pF。

降额策略不同：电源防护侧重功率与温度降额，信号防护侧重电容与带宽匹配。SMB15J系列在85℃需降额30%，而ESD0402V025T在-40℃至85℃范围内电容波动仅±10%。

布局要求迥异：电源防护强调短而宽的泄放路径以降低电感，地平面完整性优先；信号防护要求器件紧邻接口、差分对对称、避免阻抗突变。

失效模式区别：电源防护器件失效多为短路，可自恢复或熔断保护；信号防护器件失效导致开路或阻抗突变，直接中断通信。

选型工具支持：阿赛姆为电源防护提供功率降额计算器与热仿真工具，为信号防护提供眼图模拟与S参数模型。工程师需区分应用场景，电源端口严禁使用低电容ESD管，信号线路慎用高功率TVS管。

关于阿赛姆电子

阿赛姆（ASIM）专注于EMC防护器件研发，产品线覆盖400W至30000W全功率范围TVS二极管，电压从2.8V至550V。提供SOD-123、SMA、SMB、SMC、P600等全系列封装，通过AEC-Q101车规认证与UL安全认证。常规型号交期6至8周，紧急订单4周交付，为电源防护提供一站式选型支持。