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
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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, = (0.8~0.9)。
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击穿电压,等于1mA的测试电流通过TVS时,TVS两极的电压值。
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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。峰值脉冲电流应大于电路瞬态浪涌电流。
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钳位电压,当脉冲峰值电流流过TVS时,其两极的峰值电压。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。 = (1.2 ~ 1.4)倍的。
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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上升。
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峰值脉冲功率,等于TVS允许通过的峰值脉冲电流与钳位电压的乘积。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。
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反向漏电流,当额定反向工作电压 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。
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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)
≥ 33V
2)
当选定时,的值基本也定了。当 = 33V,基本在36V to 38V。
3) 和
初步可选用SMAJ33A,其为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 + )= 24.459A。
= + 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/℃。
(85℃)= (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,其为0.504Ω。
(25℃) = + 浪涌电流 * 0.884 = 38.6 + 24.459 * 0.504 = 38.6 + 12.32756= 50.92756V。
(85℃) = (25℃)* (1 + 10^-3(85℃ - 25℃))= 53.98321V。满足系统使用需求。
4)
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.
* = 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, * = 24.459 * 53.98321= 1320.375W < 2000W,可正常使用。
5) 和
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。
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