網站導航
供應深圳市ESD管廠家廠家深圳市阿賽姆電子供應
瞬態電壓抑制二極管（TVS）發熱問題深度解析與工程解決方案
一、發熱根源與失效機制
1. 能量轉換定律
TVS發熱本質遵循能量守恒定律：
其中：
-
Q：熱能累積量（J）
-
V_C：鉗位電壓（V）
-
I_{PP}：脈沖電流（A）
2. 關鍵影響因素
| 參數 | 發熱貢獻率 | 案例數據 |
|---|---|---|
| 鉗位電壓V_C | 45% | 12V系統V_C=18V時溫升↑60% |
| 脈沖電流持續時間 | 30% | 8/20μs浪涌比10/1000μs溫升低40% |
| 動態電阻R_DYN | 15% | R_DYN=1Ω→0.5Ω，溫降35% |
| 封裝熱阻θ_JA | 10% | SOD-123比SMA封裝溫升高50% |
3. 失效閾值
-
硅基器件結溫極限：T_Jmax=150℃（車規175℃）
-
典型失效案例：
-
125℃持續5分鐘 → 漏電流增加300%
-
150℃超30秒 → 長久性結構損傷
二、系統性解決方案
1. 器件級優化選型
(1) 鉗位電壓精細匹配
V_C ≤ 1.3 x V_CC_max
-
反例：24V系統選用V_C=36V的TVS（SMB15J36），實測ΔT=82℃
-
正例：換用V_C=28V的TVS（SMD30J28），ΔT降至48℃
(2) 動態電阻**小化
-
推薦溝槽型結構TVS（如文檔中ESD36A150TA，R_DYN=0.15Ω）
-
避免平面結構器件（典型R_DYN＞1Ω）
(3) 功率降額設計
Pactual = 0.6 x PPP(工業級應用)
-
案例：10/1000μs波形下標稱600W的TVS，實際按360W設計
2. 電路級熱管理
(1) PCB散熱增強設計
| 措施 | 溫降效果 | 實施要點 |
|---|---|---|
| 2oz銅厚鋪銅 | 15-20℃ | 接地銅箔面積≥15×器件尺寸 |
| 多過孔陣列 | 8-12℃ | Φ0.3mm過孔×16個，間距1mm |
| 阻焊開窗 | 5-8℃ | 開窗面積覆蓋器件焊盤80% |
(2) 多級防護架構
輸入───保險絲───MOV(吸收80%能量)───TVS(精細鉗位)───負載
-
數據支撐：
-
單級TVS方案（8/20μs 100A）：ΔT=112℃
-
增加MOV前置：TVSΔT降至49℃
3. 系統級優化策略
(1) 熱仿真前置
-
ANSYS Icepak模型參數設置：
mesh_size = 0.1mm # TVS區域網格加密 - boundary_condition = convection(5W/m2K) # 自然對流
-
power_map = pulse(100A, 20μs) # 浪涌脈沖
(2) 環境溫度補償
I_PP_adj = I_PP x 125 - TA
125 - 25
-
案例：TA=85℃時，標稱100A器件降額至72A
三、實測數據與行業驗證
1. 汽車電子測試案例
| 方案 | 24V系統浪涌測試結果 |
|---|---|
| 傳統TVS | ΔT=102℃→器件碳化失效 |
| 優化方案（降額+散熱） | ΔT=48℃→通過ISO16750-5認證 |
2. 工業電源對比數據
| 散熱措施 | 溫升(℃) | MTBF提升 |
|---|---|---|
| 無措施 | 98 | 基準值 |
| 鋪銅+過孔 | 63 | 2.1倍 |
| 加裝散熱片 | 41 | 3.8倍 |
四、前沿技術突破
1. 集成熱管理TVS
-
結構創新：
-
銅柱貫穿硅片（如文檔中SMC15J30VC）
-
熱阻降至8℃/W（傳統器件15-20℃/W）
-
實測數據：100A浪涌下結溫*升高35℃
2. 智能溫度監控TVS
-
內置NTC熱敏電阻（如ESD36D150TA升級版）
-
實時反饋結溫，觸發系統降額保護
五、設計禁忌與失效分析
1. 典型錯誤案例
-
錯誤：5V系統選用V_C=15V的TVS（ESD5A150TA）
-
后果：
-
鉗位電壓過高→能量吸收不足→TVS持續導通發熱
-
實測：3A持續電流即導致ΔT=120℃
2. 失效模式統計
| 失效現象 | 占比 | 根本原因 |
|---|---|---|
| 焊點熔融 | 55% | PCB散熱不足 |
| 硅片裂痕 | 30% | 熱應力沖擊（ΔT＞80℃/ms） |
| 金屬遷移 | 15% | 長期超溫（T_J＞130℃） |
結語：
TVS發熱本質是能量-熱量轉換的物理過程。通過“精細選型（降額設計）+PCB熱優化（鋪銅/過孔）+系統防護（多級架構）”三重策略，可***提升系統可靠性。在車載/工業等嚴苛場景，建議優先選用熱增強型封裝（如SMC/SMA），并嚴格執行熱仿真驗證。
公司信息
訪問官網
我要咨詢
每日熱詞
