一、TVS保護的原理
其原理像穩壓二極管,都是利用反向擊穿穩定電壓,但TVS管的響應速度要快于穩壓管。當TVS管的受到反向瞬態高能量沖擊時,它能以極高的速度(亞納秒級)將兩級間的阻抗變為低阻抗,從而具有很好的浪涌功率吸收能力,同時也能使兩級之間的電壓鉗位在一個預定值,有效的保護電路后端元器件。
TVS與被保護電路并聯
二、TVS參數的解讀
如下是一個5V TVS管的SPEC參數,光看SPEC參數我們可能比較難理解。
TVS電氣參數
結合如下的TVS工作特性曲線,我們來了解這些參數。
TVS工作特性曲線
Vrwm: 指的是最大反向工作電壓,也指關斷電壓。在最大的反向電流IR下,測試出的電壓, 一般Vrwm是(0.8~0.9)*Vbr。關斷電壓需要大于等于電路正常工作電壓,但是不能大太多,和Vbr也有關系,大太多,可能導致TVS不起作用。需要做到電路正常工作時,TVS不觸發,在浪涌來時TVS才工作。
舉個例子,TVS用來保護VOUT后端負載,VOUT的電壓為3V,那么Vrwm的電壓就需要大于或者等于3V,如果Vrwm是2V,那么電路正常工作狀態下,TVS就可能已經觸發工作,導致耗流增大或者電路故障。如果Vrwm是20V,那么Vbr可能就是25V,那么TVS從3V到25V雪崩效應中間有很大一片空白,所以說Vrwm稍等于電路正常工作電壓,但是也不能大太多。
另外說一句,TVS的關斷電壓是越低越難做(制作工藝)。
Ir@Vrwm: 最大反向漏電流。
Vbr@It: 指的是通過規定的測試電流It時的電壓,這是表示TVS管導通的標志電壓,即從此點開始TVS進入雪崩擊穿。
Max Ipp: 最大反向峰值脈沖電流。
Vc@Max Ipp: 指在特定的Ipp電流時,浪涌經過TVS鉗位住的電壓。最大的鉗位電壓Vc要小于大于電路中最大的工作電壓。
舉個例子,TVS用來保護VOUT及后端負載,VOUT的后端負載有芯片A和芯片B,芯片A的最大工作電壓是3V,芯片B的最大工作電壓是4V,那么我們選擇TVS的Vc就要小于3V,如果Vc是3.5V,這個芯片A有可能會損壞。
TVS的鉗位電壓選擇2.8V,芯片A和B就不會損壞。一般芯片會有另一個參數Absolute Maximum Rating,叫絕對最大值,芯片在絕對最大值下,可能承受幾個微秒時間。極限條件下,TVS的鉗位電壓可以適當提高到芯片的絕對最大值,因為夠低的鉗位電壓或者關斷電壓的TVS,意味著更難的工藝和更高的價格。
Ppk(8*20us): 指的是TVS器件上瞬間通過的最大功率值,等于鉗位電壓Vc和峰值脈沖電流Ipp的乘積,反映了TVS器件的浪涌抑制能力,額定的最大脈沖功率,必須大于電路中出現的最大瞬態浪涌功率。
C: 指的是極間電容,如果TVS用在高速信號上,需要選擇小的電容,高速信號,如USB,一般C選擇小于1pF的,電源或者低速信號,一般幾十pF左右。
10/1000us和8/20us為兩種不同的浪涌測試波形,兩種波形能量不一樣。8/20us脈沖指的是8us達到100%Ipp,20us達到50%Ipp。
浪涌能量波形
三、TVS使用方法和注意事項
1.TVS和被保護電路是并聯關系;
2.TVS需要靠近保護接口;
3.TVS需要良好接地,TVS的地PAD多打地孔;
4.根據電路的傳輸速率選擇合適的極間電容;
5.TVS的Vrwm和功率需要選擇合適的參數;
6.交流電路選擇雙向TVS,直流電路選擇單向TVS,多路保護選擇TVS陣列。(單向的低容值比雙向的難做一些)
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