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浪涌TVS管选型指南

时间:2024-06-13 09:05:04浏览次数:19  
标签:峰值 浪涌 选型 反向 TVS 电压 电流

1 浪涌电流流过TVS示意图 

2 TVS参数介绍

2.1 TVS特性曲线

 

2.2  参数介绍 

V_{RWM} :

        额定反向工作电压,在规定的Ir条件下,TVS反向工作时两极的电压值。一般情况,V_{RWM} = (0.8~0.9)V_{BR}

V_{BR}

        击穿电压,等于1mA的测试电流通过TVS时,TVS两极的电压值。

I_{PP}

        反向脉冲峰值电流,TVS反向工作时,在规定的脉冲条件下,TVS允许通过的峰值脉冲电流。峰值脉冲电流I_{PP}应大于电路瞬态浪涌电流。

V_{CLAMP}V_{C}):

        钳位电压,当脉冲峰值电流I_{PP}流过TVS时,其两极的峰值电压。V_{C}为TVS的电压保护水平,是TVS十分关键的参数,应小于被保护电路耐压水平,否则TVS将失去保护作用。V_{C} = (1.2 ~ 1.4)倍的V_{BR}

R_{DYN}

        TVS管的动态电阻,当瞬态电流通过时,TVS二极管中的电阻将导致V_{C}上升。

V_{CLAMP} = V_{BR} + R_{DYN}+I_{SURGE}

P_{pp}

        峰值脉冲功率,等于TVS允许通过的峰值脉冲电流I_{PP}与钳位电压V_{C}V_{C}的乘积。峰值脉冲功率与脉冲波形、脉冲时间及环境温度有关系。综合所有影响因素,一般峰值脉冲功率应考虑20%的安全裕量。

I_{LEAK}

        反向漏电流,当额定反向工作电压V_{RWM} 加于TVS两极时,YVS处于反向关断状态,流过TVS的电流称为反向漏电流。

Capacitance

        TVS的电容量由其芯片的面积和偏置电压来确定,其偏置电压与电容值C成反比。在应用中要根据电路特性选择合适的电容范围,电容大会使信号损失。

3 设计实例

        4-20mA模拟输入系统,正常工作电压为24V,最大可工作电压33V,芯片输入最大可容忍电压60V。

1)V_{RWM} 

         V_{RWM}  ≥ 33V

2)V_{BR}

          当V_{RWM}选定时,V_{BR}的值基本也定了。当V_{RWM}  = 33V,V_{BR}基本在36V to 38V。

3)V_{CLAMP} 和 R_{DYN}

        初步可选用SMAJ33A,其V_{BR}为38.6V,动态电阻为884mΩ,当浪涌为1 kV IEC 61000-4-5 8/20 µs时,浪涌电流 = 1000 / (40 + R_{DYN} )= 24.459A。

        V_{CLAMP} = V_{BR} + 浪涌电流 * 0.884 = 38.6 + 24.459 * 0.884 = 38.6 + 21.62215 = 60.22V。

这已经超过了IC输入最大可容忍电压60V。

        上述为常温时保护电压,当环境温度为85℃时,温漂系数为10^-3/℃。

V_{CLAMP} (85℃)= V_{CLAMP} (25℃)* (1 + 10^-3(85℃ - 25℃))= 63.8332V,

无法覆盖全温度段内的浪涌保护。

        改为选用SMBJ33A,其R_{DYN}为0.504Ω。

  V_{CLAMP}(25℃) = V_{BR} + 浪涌电流 * 0.884 = 38.6 + 24.459 * 0.504 = 38.6 + 12.32756= 50.92756V。

  V_{CLAMP}(85℃) = V_{CLAMP} (25℃)* (1 + 10^-3(85℃ - 25℃))= 53.98321V。满足系统使用需求。

4)I_{PP}

        SMAJ33A正常可以耐受400W of 10/1000us或2300 W of 8/20 µs浪涌,高温下需预留50%的裕量。

        对于可承受2300 W 浪涌的管子,全温度段实际按50%计算,即2300 * 50% = 1150W.

 I_{PP} * V_{CLAMP} = 24.459 * 63.8332 = 1561.296W > 1150W,无法正常使用。

         SMBJ33A正常可以耐受4000W of 8/20 µs浪涌,全温度下可耐受功率 = 4000W * 50% =2000W, I_{PP} * V_{CLAMP} = 24.459 * 53.98321= 1320.375W < 2000W,可正常使用。

5)I_{LEAK} 和 Capacitance

        漏电与电容根据实际系统需求进行选择,在高速信号上电容影响会比较大。SMBJ33A和SMAJ33A电容一般在100 pF to 200 pF,SMBJ33A和SMAJ33A常温下有1uA漏电。

        所有这些参数里R_{DYN}是较容易被忽略的

4 PCB设计

        较差的TVS PCB设计,被保护信号到TVS及TVS到GND产生的寄生电感,都会大大影响保护效果。

        可缩短被保护器件与TVS管间的距离,增加接地过孔,减小接地寄生电阻和寄生电感。

       

        

标签:峰值,浪涌,选型,反向,TVS,电压,电流
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