TVS推荐 ∣ 汽车EPS的电路防护器件如何选型？

Release time：2025-09-23
author：AMEYA360
source：里阳半导体
reading：377

　　在现代汽车电子系统中，EPS(电子助力转向系统)作为辅助驾驶系统的关键组成部分，其稳定性和可靠性直接关系到车辆行驶的安全性和舒适性。

　　然而，EPS系统在工作过程中面临多种潜在的电气威胁，尤其是来自电源线路的浪涌、静电放电(ESD)及电磁脉冲(EMP)等。为了保障EPS电源电路的安全，采用高效的保护器件显得尤为重要。

　　PART 01 EPS系统结构及其工作原理

　　根据助力电机安装位置不同，EPS可分为转向轴助力式C-EPS、齿轮助力式P-EPS、齿条助力式R-EPS三种。其中C-EPS的电机固定在转向柱一侧，通过减速机构与转向柱相连直接驱动转向柱助力转向。

　　EPS主要包括扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)等核心部件。它通过扭矩传感器感知驾驶者的转向意图，并结合车速传感器信号，由电子控制单元(ECU)判断并控制电动机输出适宜的辅助扭矩，经减速机构增扭后助力转向。

　　EPS能够减轻驾驶者转向时的操作力，提高转向的灵活性和舒适性，同时也有助于提升车辆的操控稳定性和安全性。

　　EPS系统框图(图片来源于网络)

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　　在汽车EPS的电路防护中，TVS广泛应用于电源输入端、电机驱动电路、输出驱动端、外部接口等位置。

　　EPS主要组成部分(图片来源于网络)

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　　PART 02 EPS系统需要防护的关键端口

　　01 ECU

　　02 EPS电机

　　为了确保EPS系统的稳定运行，因此需要特别关注关键端口的防护

　　1、ECU内部端口防护

　　(1)电源电路：在ECU的电源输入端，TVS用于抑制来自电源线的瞬态电压，保护电源管理芯片和其他电路。

　　(2)通信电路：ECU的通信方式一般使用CAN总线。在扭矩传感器、角度传感器等信号线上，TVS Array有效防止因静电放电(ESD)事件而导致的电路损坏或性能下降，保护传感器和信号处理电路。

　　2、电机驱动电路

　　在电机驱动电路中，TVS用于抑制电机启停或换向时产生的瞬态电压，保护驱动芯片和MOSFET等功率器件。

　　PART 03 EPS电路防护器件的选型原则

　　那么如果现在想选用TVS去保护EPS，该怎样选型呢?需要考虑下面几个参数：

　　(1)电压VRWM的选择：防护器件的额定电压必须高于系统的最大工作电压，以确保在正常工作条件下不会误触发。VRWM通常是VCC的1.1~1.2倍，根据ISO16750-2的测试标准，对于12V系统，通常选择VRWM为26V及以上的TVS(例如5.0SMDJ26CA-Q);对于24V系统，通常选择VRWM为33V及以上的TVS(例如SM8S33CA);

　　(2)钳位电压VC：一定要小于后级工作电路可承受的最大瞬态电压;

　　(3)峰值脉冲电流(IPP)与峰值脉冲功率(PPP)：峰值脉冲功率PPP是峰值脉冲电流IPP和钳位电压VC的乘积。一般确定了钳位电压VC后，我们可以根据电路板上可能通过的最大瞬态电流(IPP)来确定所选的TVS可承受的峰值脉冲功率。

　　PART 04 EPS系统防护的具体应用方案

　　1.防护方案

　　(1)电源端口的防护

　　电源端口防护方案设计

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　　(2)电动机端口的防护

　　EPS的核心组件之一是电动机，用于提供转向助力，如果电动机损坏或磨损，会导致转向困难或完全失去助力，因此，除了物理损伤的防护之外，还需要电路上的防护。

　　电动机端口防护方案

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　　(3)ECU通讯端口的防护

　　ECU通讯线路防护方案

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　　2.测试标准

　　车规级TVS需要满足ISO 16750-2的测试标准，以保证在恶劣环境下能够正常使用。

　　结语

　　汽车EPS系统作为现代汽车的重要组成部分，其稳定性和可靠性直接影响到驾驶安全。通过合理选择防护器件进行防护设计，可以确保EPS系统在各种复杂环境下稳定运行，保障车辆行驶顺利。

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回扫型TVS 是否适合用在开关电源端口
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回扫型TVS 是否适合用在开关电源端口

　　在开关电源的过压保护设计中，瞬态电压抑制二极管(TVS)是常用的保护器件，其核心作用是在电路遭遇瞬态过压时快速导通，将电压钳位在安全范围，避免后级电路受损。然而，并非所有类型的 TVS 都能适配开关电源场景 ——回扫 TVS因其自身特性，在开关电源端口的应用中存在难以规避的风险，甚至可能反向破坏电路，成为“保护隐患”，但也并非说有的回扫型TVS 都不适合用在电源端口。　　一、先理清概念：什么是 “回扫型 TVS”?　　要理解回扫型 TVS 的应用局限，首先需要明确其核心特性与普通 TVS 的差异。　　TVS二极管的核心参数是钳位电压(Vc)和击穿电压(Vbr)。　　待机状态(高阻态)：当两端电压低于击穿电压时，TVS处于关断状态，电阻极大，漏电流极小，对电路几乎没有影响。　　击穿点：当瞬态电压超过击穿电压时，TVS被迅速击穿，进入钳位状态。　　普通与回扫型TVS关键区别：　　普通TVS：击穿后，电流增大，其两端电压会平稳地上升(钳位电压Vc)。　　回扫型TVS：击穿后，随着电流增大，由于其内部的半导体物理效应，其两端电压会不升反降，形成一个电压下降的区域。这个电压下降到的谷值，就是回扫电压。　　普通TVS的伏安特性曲线像一个对称的“Z”字，而回扫型TVS的曲线更像一个“S”形。关键区别在于负阻区。　　二、问题的核心：开关瞬间与负阻特性的冲突　　将回扫 TVS用于开关电源的输入口时，一个隐藏的风险在系统上电的瞬间被触发。　　1、 开关电源的启动特性：开关电源在合闸上电的瞬间，其输入端的滤波电容(大容值电解电容)相当于短路状态，会产生一个巨大的浪涌充电电流。这个电流虽然持续时间极短，但峰值可能高达数十甚至上百安培。　　2、 回扫TVS的负阻效应： 回扫特性本质上源于TVS芯片在巨大电流下的负温度系数(NTC)效应。在极高电流密度下，硅材料发热导致载流子浓度急剧增加，呈现出“负阻”特性：电流越大，其动态电阻反而减小，从而导致钳位电压(Vc)下降。　　3、 危险的耦合：　　在系统上电瞬间，巨大的电容充电电流浪涌可能意外触发回扫TVS的击穿。　　一旦被触发，该电流浪涌会立即激发回扫 TVS的负阻特性，使其钳位电压Vc急剧下降。　　关键点：这个瞬间下降的Vc值，完全可能低于开关电源内部功率器件的最高额定电压(如MOSFET的Vds)，甚至低于电源的正常工作电压范围。　　三、危险的“锁存”效应　　现在，我们来看最危险的情况，钳位电压低于电源的正常工作电压。　　假设一个回扫型TVS用于保护一个+5V的电源线。　　正常情况：一个+10kV的静电脉冲(或浪涌脉冲)袭来，TVS被击穿，将电压钳位。脉冲能量泄放后，电压回落到5V，TVS应自动恢复到高阻态。　　异常情况(相当于短路)：如果这个TVS的回扫电压是 +3V，低于工作电压+5V　　第一步：一个浪涌使TVS击穿。　　第二步：TVS进入负阻区，其两端电压从击穿电压(如6V)下降并稳定在3V。　　第三步：浪涌脉冲过去了，但电路的+5V电源还在持续供电。　　第四步：此时，TVS两端的电压是3V，而电源要维持5V。这产生了一个电压差。为了维持这个电压差，电源会持续地向TVS注入电流。　　第五步：由于TVS仍处于导通后的低阻态，这个电流会非常大，一直高于回扫的维持电流。　　第六步：结果：TVS无法自行关断，它会像一根导线一样，持续地从5V电源吸取巨大的电流。这就是“锁存”效应。　　可以把它想象成一个不能自动弹起的开关：浪涌把开关按了下去(击穿)，但因为弹簧(回扫特性)太软，开关被卡在了“ON”的位置，无法弹回“OFF”位，导致电流持续流通。　　四、为什么“相当于短路”?　　在这种“锁存”状态下：　　阻抗极低：TVS的动态电阻可能只有几欧姆甚至更低。　　电流极大：根据欧姆定律 I = V/R，即使很小的电压差(如5V-3V=2V)除以很小的电阻，也会产生安培级的持续电流。这个电流大于锁存的维持电流，一直会让TVS 处于“锁存”状态，无法恢复，除非流入的电流低于维持电流。　　后果严重：这个巨大的持续电流会产生大量热量，导致：　　1、TVS自身因过热而烧毁(如果它的功率容量不够)。　　2、更糟糕的是，如果TVS没立即烧毁，它会成为一个巨大的负载，拉垮整个电源系统，导致系统供电异常甚至重启。　　3、起不到保护作用：当真正的过压再次来临时，这个已经处于导通状态的TVS可能无法有效响应。　　五、深回扫和浅回扫TVS　　根据回扫的大小(深浅)，可以分为深回扫和浅回扫两种TVS。　　深回扫TVS：　　定义：深回扫负阻效应强，电压下降幅度大，回扫电压Vc低于工作电压Vrwm。只需要一个很小的电流就能维持导通状态。　　优点：钳位电压极低，能为后级芯片提供最高级别的保护，特别适合保护那些耐压值非常低的先进工艺芯片。　　缺点：锁存风险极高：由于回扫电压很低且维持电流小，一旦在电源线上误触发，电源电压很容易就能提供超过其维持电流的能量，导致TVS持续导通(短路)，直至烧毁。　　应用场景: 主要用于信号线路的保护，特别是那些驱动能力非常弱的线路(如高速数据线、射频天线)。绝对禁止用于能提供较大电流的电路，尤其是电源总线。　　浅回扫 TVS　　定义：负阻效应弱，电压下降幅度小，回扫电压相对较高：通常会高于或接近常见的工作电压。维持电流通常较高：需要一个相对大一些的电流才能维持导通状态。　　优点：抗锁存能力强，安全性高：由于回扫电压较高且维持电流大，即使误触发，正常的电路电压也难以提供足够的电流来维持其导通状态，因此它能更容易地自动关断，系统稳定性更好。　　缺点：钳位电压相对较高：保护性能不如深回扫TVS那么“强悍”。　　应用场景：可以用于一些对锁存风险敏感但又需要一定浪涌防护的场合。例如：某些低压、有限流功能的电源路径，或者对保护等级要求不是极端苛刻的通用I/O口。　　是深回扫和普通TVS之间一个很好的折中选择。　　六、回扫型TVS 应用注意事项　　工程选型建议：　　1、首选问题：信号线还是电源线?　　电源线/高驱动电路：优先考虑浅回扫或标准TVS。稳定性压倒一切，避免锁存风险。　　高速信号线/弱驱动电路：可以优先考虑深回扫TVS。利用其极低的钳位电压为昂贵的主芯片提供顶级保护，同时由于信号线驱动电流小，锁存风险天然可控。　　2、仔细阅读数据手册：　　一定要查看 I-V曲线图。深回扫的曲线“回扫”沟壑非常深且陡峭;浅回扫则相对平缓。确认维持电流的大小，并评估你的电路在异常情况下能否提供超过这个值的电流。　　(1)深回扫回扫型TVS 适合用于信号数据线(满足结电容条件)。　　(2)浅灰色和普通TVS 适合用于电源端口。　　(3)浅回扫型TVS 即使它的钳位电压Vc高于工作电压Vrwm，“锁存”效应不会发生，我们也一定要根据TVS电压型号放到电路里面考虑多种情况实际测试，因为电路应用不同，可能会发生巨大区别。并非“一颗打遍天下”。　　总之，回扫型TVS应用 ，我们要根据电路实际情况选型。　　Leiditech雷卯电子致力于成为电磁兼容解决方案和元器件供应领导品牌，供应ESD，TVS，TSS，GDT，MOV，MOSFET，Zener，电感等产品。雷卯拥有一支经验丰富的研发团队，能够根据客户需求提供个性化定制服务，为客户提供最优质的解决方案。
2025-10-10 15:39 reading：291
TVS管的主要参数及应用
行业新闻

TVS管的主要参数及应用

　　TVS管(Transient Voltage Suppressor)是一种用于抑制瞬态过电压的器件，广泛应用于各种电子设备和电路中以保护其他元件不受过电压损害。本文将深入探讨TVS管的主要参数及其在电子领域中的应用，带您全面了解这一重要的保护器件。　　1. TVS管的主要参数　　1.1 峰值脉冲功率　　定义： TVS管能够吸收并耗散的峰值脉冲功率。　　单位： 通常以瓦特(W)表示。　　重要性： 峰值脉冲功率参数决定了TVS管对过电压事件的响应能力。　　1.2 端口容量　　定义： TVS管的工作电压范围，也称为端口电压。　　单位： 通常以伏特(V)表示。　　重要性： 确定了TVS管何时开始导通以保护电路免受过电压损害。　　1.3 流通电流　　定义： 当TVS管导通时的最大电流。　　单位： 通常以安培(A)表示。　　重要性： 在过电压事件发生时，TVS管必须能够快速导通并承受高电流。　　1.4 响应时间　　定义： TVS管从被激活到完全导通所需的时间。　　单位： 通常以纳秒(ns)表示。　　重要性： 响应时间越短，TVS管对过电压的保护越快速有效。　　2. TVS管的应用　　2.1 电源保护　　在直流电源线路上使用TVS管可以有效防止电源线路遭受过电压冲击而受损。　　TVS管可用于稳压器前端以减小电压尖峰。　　2.2 通信设备　　用于保护通信设备、天线和接收机等敏感部件免受雷击和电磁场的干扰。　　TVS管可用于抑制静电放电或电磁干扰对通信设备的影响。　　2.3 汽车电子系统　　在汽车电路中，TVS管可用于保护电子模块、传感器和控制单元免受车载电源系统中的过电压。　　TVS管还可以用于防止由于跳火引起的电气故障。　　2.4 工业控制　　在工业控制系统中，TVS管可用于保护PLC、传感器和执行器等关键组件以避免过电压损坏。　　TVS管常被用于防止由于电源突降或噪声引起的故障。　　作为一种重要的过电压保护器件，TVS管在各种电子设备和电路中发挥着关键作用，保护其他元件免受过电压损害。掌握TVS管的关键参数，并了解其适用领域，有助于工程师和设计人员在电路设计中选择合适的TVS管以确保系统的稳定性和可靠性。　　在实际应用中，根据具体的电路需求和环境条件，选择适当参数的TVS管至关重要。通过合理配置TVS管，可以有效降低电路元件受到过电压冲击的风险，延长设备的使用寿命，提高系统的可靠性。
2024-11-07 10:27 reading：931
TVS管的选型方法及注意要点
行业新闻

TVS管的选型方法及注意要点

　　TVS管，又称过电压保护器件，是一种用于保护电子设备免受瞬间高电压冲击的重要元件。当系统遭受过电压或电压脉冲时，TVS管会迅速导通，将过电压引至地，防止电路中其他部件被损坏。　　1.TVS管的选型方法选型方法　　1. 工作电压：TVS管的工作电压是指在正常工作条件下，TVS管未导通状态下能承受的最大电压值。在选择TVS管时，应根据受保护电路的最大工作电压来确定合适的TVS管工作电压等级。　　2. 尖峰功率：尖峰功率是指TVS管在导通状态下能够吸收的最大功率。这个参数非常重要，因为它决定了TVS管在处理过电压时的稳定性和可靠性。选择TVS管时，需确保其尖峰功率能够覆盖受保护电路可能遇到的最大功率冲击。　　3. 极限温度：TVS管的工作温度范围对其性能和寿命有着重要影响。在选择TVS管时，应考虑其极限温度范围是否符合实际工作环境的要求，以确保TVS管在各种温度条件下都能正常工作。　　4. 极限电流：极限电流是TVS管在导通状态下能够持续通过的最大电流值。根据受保护电路的工作电流范围，选择TVS管时应确保其极限电流能够满足电路的需求，以防止TVS管因超载而损坏。　　5. 响应时间：TVS管的响应时间是指它从检测到过电压到导通的时间。响应时间越短，TVS管对电路的保护就越快速有效。在选型时，应关注TVS管的响应时间是否符合受保护设备对快速响应的要求。　　2.注意要点　　1. 与受保护设备匹配：选择TVS管时，应确保其参数与受保护设备的工作特性相匹配，包括工作电压、尖峰功率、极限电流等。只有这样才能有效保护受保护设备免受电压冲击的损害。　　2. 可靠性和稳定性：选择TVS管时，除了关注其技术参数外，还需要考虑其生产厂家的信誉、产品质量和稳定性。应选择具有良好声誉的厂家生产的TVS管，以确保其可靠性和长期稳定性。　　3. 环境适应性：考虑TVS管的使用环境，如温度、湿度、震动等因素，选择符合实际工作环境要求的TVS管，以确保其在各种恶劣条件下仍能正常工作。　　4. 安装和布局：在实际应用中，TVS管的安装和布局也至关重要。应按照厂方建议的安装说明书正确进行TVS管的安装，确保其与受保护设备之间的连接稳固可靠，同时避免因电路布局不当导致TVS管性能下降或失效。　　5. 长期性能考虑：在选择TVS管时，除了满足瞬态过电压保护需求外，还应考虑其长期性能和寿命。一些优质的TVS管不仅具有高效的瞬态过电压保护功能，还可以提供长期稳定的性能，减少维修和更换成本。　　6. 及时更新：随着技术的不断发展，TVS管的性能和规格也在不断改进。因此，在选择TVS管时，应关注最新的产品信息和技术趋势，及时更新选型，以确保所选TVS管符合最新的电子设备保护需求。　　通过以上的选型方法和注意要点，我们可以更好地选择和应用TVS管，提高电子设备的稳定性和可靠性，有效保护电路免受突发高电压的损害，从而延长设备的使用寿命并降低维护成本。
2024-05-30 11:44 reading：1077
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