TVS選型，讓新人老人都能得心應手！

時間：2021-11-29 15:13:12

關鍵字： TVS 選型

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[導讀]提到TVS，相信大部分電子工程師都知道，它是用來端口防護的，防止端口瞬間的電壓沖擊造成后級電路的損壞。雖然TVS在電路中具有舉足輕重的地位，但針對TVS的選型過程，很多廠家都是直接給推薦電路，直接告訴設計者答案“你應該選擇哪個器件”，卻很少對選型過程提供理論計算。而大部分電子工程...

提到TVS，相信大部分電子工程師都知道，它是用來端口防護的，防止端口瞬間的電壓沖擊造成后級電路的損壞。

雖然TVS在電路中具有舉足輕重的地位，但針對TVS的選型過程，很多廠家都是直接給推薦電路，直接告訴設計者答案“你應該選擇哪個器件”，卻很少對選型過程提供理論計算。

而大部分電子工程師在對面TVS選型的時候，新人憑參考，老人憑經(jīng)驗，一旦更換廠家或者更換測試條件，就無從下手了……本文就專門解決這一問題，讓新人老人對TVS選型都能得心應手。

都是限制個電壓，為何人家的選型就比我優(yōu)秀？

1、工作原理

TVS（Transient Voltage Suppressors），即瞬態(tài)電壓抑制器，又稱雪崩擊穿二極管。它是采用半導體工藝制成的單個PN結，或多個PN結集成的器件。

TVS有單向與雙向之分：單向TVS一般應用于直流供電電路；雙向TVS應用于電壓交變的電路。

如圖1所示，應用于直流電路時單向TVS反向并聯(lián)于電路中，當電路正常工作時，TVS處于截止狀態(tài)（高阻態(tài)），不影響電路正常工作。

當電路出現(xiàn)異常過電壓并達到TVS（雪崩）擊穿電壓時，TVS迅速由高電阻狀態(tài)突變?yōu)榈碗娮锠顟B(tài)，泄放由異常過電壓導致的瞬時過電流到地，同時把異常過電壓鉗制在較低的水平，從而保護后級電路免遭異常過電壓的損壞。

當異常過電壓消失后，TVS阻值又恢復為高阻態(tài)。

圖1：TVS工作原理

2、關鍵參數(shù)

工欲善其事，必先利其器，要用好TVS，必須先了解其關鍵的參數(shù)。（1）Vrwm截止電壓TVS的最高工作電壓，可連續(xù)施加而不引起TVS劣化或損壞的最高工作峰值電壓或直流峰值電壓。對于交流電壓，用最高工作電壓有效值表示，在V RWM 下，TVS認為是不工作的，即是不導通的。換一句話，電路的最高工作電壓必須小于Vrwm，否則將會導致TVS動作導致電路異常。（2）I R漏電流漏電流，也稱待機電流。在規(guī)定溫度和最高工作電壓條件下，流過TVS的最大電流。TVS的漏電流一般是在截止電壓下測量，對于某一型號TVS，I R應在規(guī)定值范圍內(nèi)。對TVS兩端施加電壓值為 V RWM ，從電流表中讀出的電流值即為TVS的漏電流 I R。對于同功率和同電壓的TVS，在V RWM ≤10V 時，雙向TVS漏電流是單向TVS漏電流的2倍。對于一些模擬端口，漏電流會影響AD的采樣值，所以TVS的漏電流越小越好。（3）VBR擊穿電壓擊穿電壓，指在V-I特性曲線上，在規(guī)定的脈沖直流電流I T或接近發(fā)生雪崩的電流條件下測得TVS兩端的電壓。測試的電流It一般選取10mA左右，施加的電流的時間不應超過400ms，以免損壞器件，VBR MIN和VBR MAX是TVS擊穿電壓的一個偏差，一般TVS為±5%的偏差。測量時，V BR落在 V BR MIN .和 V BR MAX .之間視為合格品。（4）I PP峰值脈沖電流，V?C鉗位電壓峰值脈沖電流，給定脈沖電流波形的峰值。TVS一般選用10/1000μs電流波形。鉗位電壓，施加規(guī)定波形的峰值脈沖電流I PP時，TVS兩端測得的峰值電壓。I PP及V C是衡量TVS在電路保護中抵抗浪涌脈沖電流及限制電壓能力的參數(shù)，這兩個參數(shù)是相互聯(lián)系的。對于TVS在防雷保護電路中的鉗位特性，可以參考V C這個參數(shù)。對于相同型號TVS，在相同I PP下的V C越小，說明TVS的鉗位特性越好。TVS的耐脈沖電流沖擊能力可以參考I PP，同型號的TVS，I PP越大，耐脈沖電流沖擊能力越強。（5）結電容CI，漏電流Ir結電容是TVS中的寄生電容，在高速IO端口保護需要重點關注，過大的結電容可能會影響信號的質量。漏電流主要帶來了功率的損耗，或者是在模擬信號中，會影響AD信號的采樣值。圖2：廠家一般都是提供10/1000μs的測試波形
圖3：TVS的關鍵參數(shù)

3、選型過程

了解了TVS的基本參數(shù)，我們就開始進入最重要的TVS選型的過程了。選擇TVS之前，我們首先要明白選擇的終極目標：

電壓合適能保護后級電路
引入的TVS的結電容不能影響電路
TVS功率余量充足，滿足測試標準，且不能比保險管先掛

選型的過程，可以按照以下的步驟進行：

選擇TVS最高工作電壓Vrmw
選擇TVS鉗位電壓VC
選擇TVS的功率
評估漏電流Ir的影響
評估結電容的影響

（1）選擇TVS最高工作電壓Vrmw
在電路正常工作情況下，TVS應該是不工作的，即處于截止狀態(tài)，所以TVS 的截止電壓應大于被保護電路的最高工作電壓。這樣才能保證TVS在電路正常工作下不會影響電路工作。但是，TVS的工作電壓高低也決定了TVS鉗位電壓的高低，在截止電壓大于線路正常工作電壓的情況下，TVS工作電壓也不能選取的過高，如果太高，鉗位電壓也會較高。所以，在選擇Vrwm時，要綜合考慮被保護電路的工作電壓及后級電路的承受能力。要求Vrwm要大于工作電壓，否則工作電壓大于Vrwm會導致TVS反向漏電流增大，接近導通，或者雪崩擊穿，影響正常電路工作。綜合考慮，Vrwm可以參考以下的公式：Vrwm≈1.1~1.2*VCC?；--------其中VCC為電路的最高工作電壓。（2）選擇選擇TVS鉗位電壓VCTVS鉗位電壓應小于后級被保護電路最大可承受的瞬態(tài)安全電壓，VC與TVS 的雪崩擊穿電壓及I PP都成正比。對于同一功率等級的TVS，其擊穿電壓越高V C也越高，所選TVS的最大箝位電壓Vc不能大于被防護電路可以承受的最大電壓。否則，當TVS鉗在Vc時會對電路造成損壞。Vc可以參考以下的公式：VC＜Vmax?；-----其中Vmax為電路能承受的最高電壓。（3）選擇TVS的功率Pppm（或者Ipp）TVS產(chǎn)品的額定瞬態(tài)功率應大于電路中可能出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌功率，理論上，TVS的功率越大越好，能夠承受更多的沖擊能量和次數(shù)，但是功率越高，TVS的封裝越大，價錢也越高。所以，TVS的功率滿足要求即可。對于不同功率等級的TVS，相同電壓規(guī)格的TVS其V C值是一樣的，只是I PP不同。故Pppm與Ippm成正比，Ippm越大，Pppm也越大。對于某一電路，有對應的測試要求，設實際電路中的最大測試電流為 Iactual，則 Iactual可估算為：Iactual=Uactual/Ri；---------其中Uactual為測試電壓，Ri為測試內(nèi)阻。TVS要通過測試，故實際電路中要求10/1000μs波形下TVS的最小功率P actual 為：-------其中di/dt為波形轉換系數(shù)，如實際測試波形為其他波形，如8/20μs波形，建議di/dt取，如測試波形為10/1000μs，實際選型中，TVS應留有一定的裕量，TVS的功率PPMP選擇應遵循Pppm＞Pactual。（4）根據(jù)所選的TVS的結電容和漏電流評估影響如果TVS用在高速IO端口防護、模擬信號采樣、低功耗設備場合，就需要考慮結電容和漏電流的影響，兩則的參數(shù)越小越好。4、選型舉例

數(shù)據(jù)都是無趣的，我們以實際的案例舉例：電路的正常工作電壓VCC是24V，最高工作電壓Vmax是26V,后級電路可承受的最高瞬態(tài)電壓為50V，實驗的測試波形為8/20μs波形，測試電壓500V，測試電源內(nèi)阻及PPTC的靜態(tài)電阻合計為2Ω。根據(jù)上述信息選擇合適的TVS。圖4：設計舉例（1）選擇TVS最高工作電壓

Vrmw≈1.1~1.2*VCC=26~28V

（2）選擇選擇TVS鉗位電壓VC＜Vmax=50V（3）計算實際測試波形功率

Pact=50*（500/3）*1/2=4166W

根據(jù)計算結果，可以選用5.0SMDJ26A這個TVS，由于這個TVS用在電源端口，結電容和漏電流基本可以忽略不計。

圖5：5.0SMDJ26A TVS關鍵參數(shù)END
作者：阿甘來源：芯片之家版權歸原作者所有，如有侵權，請聯(lián)系刪除。
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