如何根據(jù)額定電壓為 RS-232、RS-485 和 CAN 選擇 TVS 二極管

1.前言

在許多工業(yè)和汽車應(yīng)用中，保護接口收發(fā)器免受各種電氣過載事件的影響是一個主要問題。瞬態(tài)電壓抑制二極管（Transient Voltage Suppressor）簡稱TVS，是一種二極 管形式的高效能保護器件。當(dāng)TVS 二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時，它 能以10的負12次方秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達數(shù)千瓦的 浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預(yù)定值，有效地保護電子線路中的精密元 器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。

TVS 二極管的電氣特性由幾個工藝因素決定。與 TVS 電壓、電流和額定功率相關(guān)的參數(shù)具有多種值，以適應(yīng)各種應(yīng)用。但是在查看組件數(shù)據(jù)表時，它并不總是一個簡單的選擇。在這篇文章中，我將討論電壓參數(shù)并展示適合 RS-232、RS-485 和控制器局域網(wǎng) (CAN) 應(yīng)用的 TVS 二極管類型。當(dāng)然，峰值脈沖功耗和峰值脈沖電流也是決定系統(tǒng)放電能力和靜電放電 (ESD) 水平的關(guān)鍵參數(shù)。但在這里，我將專注于電壓。

2.TVS 電壓參數(shù) VWM、VBR 和 VC

當(dāng)出現(xiàn)不需要的高壓瞬變時，TVS 二極管應(yīng)該充當(dāng)鉗位。當(dāng)收發(fā)器在正常條件下工作時，它們也應(yīng)該是“透明的”。因此，數(shù)據(jù)表上要查看的第一個參數(shù)是額定關(guān)斷電壓 VWM。VWM 也稱為額定工作電壓，低于該電壓時，TVS 看起來像開路，待機漏電流很低。

進行選擇時，我們希望 VWM 大于對講機的推薦工作區(qū)域。隨著輸入電壓升高，TVS 開始擊穿并在 VBR 處傳導(dǎo)更多電流。但更重要的是最高電壓參數(shù) VC 是大電流脈沖條件下的鉗位電壓。VC 表示特定脈沖電流下的最大鉗位電壓。將 VC 與收發(fā)器參數(shù)進行比較時，我們需要確保它不超過集成電路 (IC) 的絕對最大額定電壓?！敖^對最大值”是收發(fā)器在任何時候都可以看到的最大電壓限制。任何高于它的電壓都會使收發(fā)器處于不安全的操作區(qū)域，并可能導(dǎo)致永久性損壞。

示例：RS-232、RS-485 和 CAN 收發(fā)器的 TVS 選擇

我想展示一些 RS-232、RS-485 和 CAN 收發(fā)器以及我會為它們選擇的 TVS 二極管的示例。我已經(jīng)從每個數(shù)據(jù)表中獲取了相關(guān)參數(shù)，通過查看數(shù)字，我想我可以讓我們了解不同的組件如何協(xié)同工作。

一種流行的 RS-232 收發(fā)器是 TI 的 MAX3232，帶有兩個發(fā)送器和兩個接收器。我在圖 1 和圖 2 中突出顯示的兩個關(guān)鍵參數(shù)分別是 ±5.4V 的工作電壓和 ±13.2V 的絕對最大驅(qū)動器輸出電壓。在 RS-232 標準中，信號擺幅應(yīng)在 ±5V 以上。在這里，我們可以為它留出一些余量。

圖 1： MAX3232 驅(qū)動器工作電壓

圖 2：  MAX3232驅(qū)動器絕對最大額定值

適用于MAX3232的TVS 二極管  是 Bourns 的 SMBJ8.0CA。在圖3中，可以看到工作峰值反向電壓為8V，最大鉗位電壓為13.6V。

圖 3：SMBJ8.0CA 工作峰值反向電壓和最大鉗位電壓

現(xiàn)在，讓我們看看 8 針 RS-485 收發(fā)器，TI 的 THVD1500。RS-485 收發(fā)器可在符合 RS-485 標準的寬共模范圍（-7V 至 12V）下工作（圖 3）。如圖 4 所示，對于THVD1500，總線引腳的絕對最大電壓為 ±18V  。

圖 4：  THVD1500驅(qū)動器工作電壓

圖 5：  THVD1500驅(qū)動器絕對最大額定值

RS-485 應(yīng)用的常見 TVS 二極管是 SM712。該 TVS 具有不對稱的反向隔離電壓，以匹配 RS-485 應(yīng)用的共模工作范圍。此外，其鉗位電壓接近 TI THVD1500 的極限， 如圖 6 所示。

圖 6：SM712 反向關(guān)斷電壓和鉗位電壓

最后但并非最不重要的是，TI SN65HVD1040A 8 引腳 CAN 收發(fā)器具有相當(dāng)高的絕對最大電壓（圖 7），這使得 TVS 選擇更加容易。與 RS-485 類似，CAN 總線也可以容忍一些共模電壓變化（圖 8）。

圖 7：SN65HVD1040A 驅(qū)動器絕對最大額定值

圖 8：SN65HVD1040A 驅(qū)動器工作電壓

綜合所有因素，Bourns 的 CDSOT23-T24CAN 可能是 SN65HVD1040A 的選擇之一。該器件提供 24V 的備用工作電壓和 36V 至 40V 的鉗位電壓。為了節(jié)省篇幅，我這里沒有復(fù)制數(shù)據(jù)表。但是我相信根據(jù)前兩個示例找到參數(shù)不會太難。

同樣，電壓參數(shù)只是 TVS 器件電氣特性的一部分，盡管它們是 TVS 選擇的首要考慮因素。為了更好地了解 TVS 設(shè)備的全部特性，我們還可以查看其他參數(shù)，例如峰值功率和峰值電流。