TVS在电路中很常用,本文主要介绍TVS二极管的参数、选型和使用的注意事项。
▉ TVS保护的原理
其原理像稳压二极管,都是利用反向击穿稳定电压,但TVS管的响应速度要快于稳压管。当TVS管的受到反向瞬态高能量冲击时,它能以极高的速度(亚纳秒级)将两级间的阻抗变为低阻抗,从而具有很好的浪涌功率吸收能力,同时也能使两级之间的电压钳位在一个预定值,有效的保护电路后端元器件。
TVS与被保护电路并联
▉ TVS参数的解读
如下是一个5V TVS管的SPEC参数,光看SPEC参数我们可能比较难理解。
TVS电气参数结合如下的TVS工作特性曲线,我们来了解这些参数。
TVS工作特性曲线
Vrwm:指的是最大反向工作电压,也指关断电压。在最大的反向电流IR下,测试出的电压, 一般Vrwm是(0.8~0.9)*Vbr。关断电压需要大于等于电路正常工作电压,但是不能大太多,和Vbr也有关系,大太多,可能导致TVS不起作用。需要做到电路正常工作时,TVS不触发,在浪涌来时TVS才工作。
举个例子,TVS用来保护VOUT后端负载,VOUT的电压为3V,那么Vrwm的电压就需要大于或者等于3V,如果Vrwm是2V,那么电路正常工作状态下,TVS就可能已经触发工作,导致耗流增大或者电路故障。如果Vrwm是20V,那么Vbr可能就是25V,那么TVS从3V到25V雪崩效应中间有很大一片空白,所以说Vrwm稍等于电路正常工作电压,但是也不能大太多。
另外说一句,TVS的关断电压是越低越难做(制作工艺)。
Ir@Vrwm:最大反向漏电流。
Vbr@It:指的是通过规定的测试电流It时的电压,这是表示TVS管导通的标志电压,即从此点开始TVS进入雪崩击穿。
Max Ipp:最大反向峰值脉冲电流。
Vc@Max Ipp:指在特定的Ipp电流时,浪涌经过TVS钳位住的电压。最大的钳位电压Vc要小于大于电路中最大的工作电压。
举个例子,TVS用来保护VOUT及后端负载,VOUT的后端负载有芯片A和芯片B,芯片A的最大工作电压是3V,芯片B的最大工作电压是4V,那么我们选择TVS的Vc就要小于3V,如果Vc是3.5V,这个芯片A有可能会损坏。
TVS的钳位电压选择2.8V,芯片A和B就不会损坏。一般芯片会有另一个参数Absolute Maximum Rating,叫绝对最大值,芯片在绝对最大值下,可能承受几个微秒时间。极限条件下,TVS的钳位电压可以适当提高到芯片的绝对最大值,因为够低的钳位电压或者关断电压的TVS,意味着更难的工艺和更高的价格。
Ppk(8*20us):指的是TVS器件上瞬间通过的最大功率值,等于钳位电压Vc和峰值脉冲电流Ipp的乘积,反映了TVS器件的浪涌抑制能力,额定的最大脉冲功率,必须大于电路中出现的最大瞬态浪涌功率。
C:指的是极间电容,如果TVS用在高速信号上,需要选择小的电容,高速信号,如USB,一般C选择小于1pF的,电源或者低速信号,一般几十pF左右。
10/1000us和8/20us为两种不同的浪涌测试波形,两种波形能量不一样。8/20us脉冲指的是8us达到100%Ipp,20us达到50%Ipp。
浪涌能量波形
▉ TVS使用方法和注意事项
- TVS和被保护电路是并联关系;
- TVS需要靠近保护接口;
- TVS需要良好接地,TVS的地PAD多打地孔;
- 根据电路的传输速率选择合适的极间电容;
- TVS的Vrwm和功率需要选择合适的参数;
- 交流电路选择双向TVS,直流电路选择单向TVS,多路保护选择TVS阵列。(单向的低容值比双向的难做一些)
今天的文章到这里就结束了,希望对你有帮助,我们下一期见。