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[導(dǎo)讀]我們在工作中,通常會使用瞬態(tài)電壓抑制 (TVS) 二極管將大浪涌電流鉗位到安全電壓水平,以保護(hù)附近的組件免受損壞。在許多方面,TVS 二極管的行為類似于齊納二極管,但由于其更大的芯片尺寸和更強(qiáng)的引線鍵合能力,因此具有更高的額定功率能力。

1.前言

我們在工作中,通常會使用瞬態(tài)電壓抑制 (TVS) 二極管將大浪涌電流鉗位到安全電壓水平,以保護(hù)附近的組件免受損壞。在許多方面,TVS 二極管的行為類似于齊納二極管,但由于其更大的芯片尺寸和更強(qiáng)的引線鍵合能力,因此具有更高的額定功率能力。

2.TVS介紹

TVS允許的正向浪涌電流TA=250C,T=10ms條件下,可達(dá)50~200A。雙向TVS可在正反兩個方向吸收瞬時大脈沖功率,并把電壓鉗制到預(yù)定水平,雙向TVS適用于交流電路,單向TVS一般用于直流電路。 可用于防雷擊、防過電壓、抗干擾、吸收浪涌功率等,是一種理想的保護(hù)器件。耐受能力用瓦特(W)表示。 TVS(Transient Voltage Suppression)是一種限壓保護(hù)器件,作用與壓敏電阻很類似。也是利用器件的非線性特性將過電壓鉗位到一個較低的電壓值實現(xiàn)對后級電路的保護(hù)。 TVS管的主要參數(shù)有:反向擊穿電壓、最大鉗位電壓、瞬間功率、結(jié)電容、響應(yīng)時間等。

3.為什么熱插拔應(yīng)用需要 TVS 二極管?

在熱插拔應(yīng)用中,如果出現(xiàn)大的過流故障,那么保護(hù)集成電路 (IC) 會迅速切斷電流,以保護(hù)附近的組件免受損壞。這種電流的快速關(guān)斷——從 50 A(過流)到 0 A(保護(hù)關(guān)斷)——可以在幾十納秒內(nèi)發(fā)生,并導(dǎo)致大電流瞬變 (di/dt),如公式 1 所示:

如何在熱插拔應(yīng)用中選擇 TVS 二極管

該電流將作為能量被困在輸入端的走線或?qū)Ь€電感中。盡管走線電感可能很低,約為 10 nH,但仍會根據(jù)公式 2 在熱插拔控制器的輸入端產(chǎn)生浪涌:

如何在熱插拔應(yīng)用中選擇 TVS 二極管

-50V 浪涌將與輸入電源串聯(lián),并有效地在輸入軌上產(chǎn)生一個正電壓尖峰,通常會超過熱插拔控制器 IC或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的額定電壓( MOSFET) 漏源電壓 (V DS )(見圖 1)。為防止出現(xiàn)這種電壓浪涌,您可以在輸入端放置一個 TVS,將電感中的能量直接轉(zhuǎn)移到地。TVS 的最佳放置將在輸入上的任何串聯(lián)電感之后(例如在保險絲之后)。

如何在熱插拔應(yīng)用中選擇 TVS 二極管

1:熱插拔控制器關(guān)閉后的感應(yīng)反沖。在正常操作期間,電感器兩端的電壓 V L之前為 0 V;快速電流關(guān)斷后,VL 等于 50 V 并將串聯(lián)添加到輸入電源

4.如何選擇 TVS 二極管?

為熱插拔應(yīng)用選擇 TVS 二極管的最簡單方法是選擇滿足以下三個標(biāo)準(zhǔn)的二極管:

1電壓擊穿 V BR大于最大電源輸入電壓。

2鉗位電壓 V C低于熱插拔控制器 IC 或 MOSFET V DS的絕對最大額定值。

3峰值脈沖電流額定值 I PP高于熱插拔控制器將關(guān)閉的峰值電流。如果輸出短路且熱插拔控制器關(guān)閉,則此最壞情況值通常是可見的電流。要使用的準(zhǔn)確值是實際原型板上的峰值電流測量值,對輸出應(yīng)用實際短路。
4)在規(guī)定的脈沖持續(xù)時間內(nèi),TVS的最大峰值脈沖功耗PM必須大于被保護(hù)電路內(nèi)可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率。在確定了最大鉗位電壓后,其峰值脈沖電流應(yīng)大于瞬態(tài)浪涌電流。
5)對于數(shù)據(jù)接口電路的保護(hù),還必須注意選取具有合適電容C的TVS器件。
6)根據(jù)用途選用TVS的極性及封裝結(jié)構(gòu)。交流電路選用雙極性TVS較為合理;多線保護(hù)選用TVS陣列更為有利。
7)溫度考慮。瞬態(tài)電壓抑制器可以在-55℃~+150℃之間工作。如果需要TVS在一個變化的溫度工作,由于其反向漏電流ID是隨增加而增大;功耗隨TVS結(jié)溫增加而下降,從+25℃~+175℃,大約線性下降50%雨擊穿電壓VBR隨溫度的增加按一定的系數(shù)增加。

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