低结电容双向TVS二极管阵列设计研究

李大强

摘 要：根据目前国内外的发展形式，器件的小形化、轻薄化是发展的必然趋势。元器件生产厂家不断将其封装体积最大化的压缩，尽可能做到最小，或者将多个器件组装在一个封装体内实现集成化、模块化，本文以脉冲功率为1500W双向低结电容TVS二极管阵列为例，研究如何利用SMD-1陶瓷贴片封装的空间进行电原理设计及封装方法。

关键词：双向；低结电容；阵列；SMD-1；电原理设计；封装方法

引言

TVS二极管主要用于电子线路中保护精密元器件免受损坏，其工作原理是在规定的反向应用条件下，当承受高能量的瞬时过压脉冲时，器件工作阻抗能立即降至很低的导通值，允许大电流通过，并将电压钳制到预定水平，具有过载能力强、响应快等特点被广泛应用的电子电路中。但常规的TVS二极管的结电容达几千皮法，在器件未工作时，将等效为一个几千皮法的电容，并联在信号传输线上将导致高频信号在容性负载下的失真，严重时将导致传输线上的高频信号完全湮没而出现系统故障，因此，用在高频信号线路的TVS二极管应是一种结电容较低的TVS二极管。

TVS二极管在电子线路中的用量非常大，少则几支，多则几十上百支，这么多的二極管散装在电路版上将占据很大的空间，但又不能不用，怎么办呢？由于TVS二极管的固有功能决定了它的芯片面积较大，压缩单个器件的体积难度较大，还有削弱保护电路的性能，为此，我们将单个二极管通过串联、并联的方式集成在一个封装体里，大大的提升电路版的空间利用率。

一、理论计算分析

TVS二极管在工作中近似电容器，根据电容串联后总电容与各电容之间的关系1/C=1/C1+1/C2+……+1/Cn，从公式可看出，多个电容器串联后的总电容比任意一个电容器的电容值小，所以为了降低TVS二极管的电容值，我们选择结电容较低的二极管芯片与TVS二极管芯片串联的方式装配在一个封装体内。

二、电原理设计

针对1500W双向低结电容TVS二极管阵列，我们选择SMD-1型陶瓷贴片封装外形，如图1所示，该封装结构共三个引脚，为了实现双向双路的阵列，电原理设计如图2所示，引脚1和引脚2独立工作，器件共用引脚3，共8颗芯片按串联、并联的方式组装而成。

三、结构设计

根据电原理设计实现低电容的方式为通过一个低电容（50pF以下）的二极管芯片（尺寸为1.6㎜×1.6㎜）与一个正常的TVS管（尺寸为2.8㎜×2.8㎜）串联，假设TVS管的电容为C1，整流管电容为C2，则电容C的计算方式如下： ，本器件采用SMD-1外形封装，内部组装如

图3所示，A1区-B1区和A2区-B2区为相反方向的低电容TVS组件，通过底座共极、硅铝丝连接的方式形成并联回路，实现双向保护的作用。器件的纵向装配方式如图3-2、图3-3所示，根据芯片极性方式，A区为P-N-P结构，B区为N-P-N结构，芯片、及铜片之间用铅锡银焊料在高温下熔融焊接，形成良好的欧姆接触，使大功率得到保证。

结束语

通过理论计算分析，采用SMD-1陶瓷贴片封装，经过合理的组装布局，器件除了满足双向四通道1500W瞬态电压抑制二极管的所有参数要求外，电容可低至50pF以下。以此为基础可进行更低电容、更多通道方向推广，以实现高度集成化目的。