tvs管选型步骤及应用

发布日期:2024-03-17 21:08:30  所属分类: 电子电路

一、TVS管选型步骤

  TVS管防护电路可以主要分为两大类:电源接口防护和信号接口防护。

  电源接口防护我们需要考虑的参数主要有:工作电压、功率、防护方案等;

  信号接口防护我们需要考虑的参数主要有:信号速率、结电容大小、功率、信号电平、防护方案等。

  接下来就详细说说每个参数如何选择:

1、根据保护电路工作电压,确定器件反向关断电压

  明确防护电路的最大工作电压(V),TVS管的反向关断电压Vrwm与最大工作电压关系如下:

  AC供电:Vrwm≧V*1.414

  DC供电:Vrwm≥V

最大工作电压V需要按电源口特性测试要求的最大值来选择,需将电源波动考虑入内。

2、根据防护需求,确定TVS管箝位电压和功率参数

  最大箱位电压:Vmax≥(1.5~2.0)*Vrwm

  TVS管需要满足的最小峰值功率:P≥Vmax*lpp=(1.5~ 2.0)*Vrwm*lpp。其中,Ipp为通流量

  如果需要保留功率较大的降额,在满足防护要求的情况下,增加TVS管器件功率值,以达到更大的防护性能。对于不同的浪涌电流波形,需要做TVS管的等效功率换算(即上篇文章中的功率与td的曲线关系)。

  除此之外,还需根据工作温度进行降额,随着工作环境温度的升高,TVS管最大功率也将下降。

3、根据防护电路工作频率,确定TVS管结电容(信号接口)

  由于结电容的存在,在信号接口电路上,会对信号沿造成影响,高速信号下结电容过大将直接影响通信。根据经验,信号速率<10kHz一般选取结电容<1000pf级的TVS管,信号速率10kHz~100Hz一般选取结电容<300pf级的TVS管,信号速率100kHz~1MHz一般选取结电容<100pf级的TVS管,信号速率>1MHz一般选取结电容<50pf级的TVS管,但应用过程中仍需根据实测信号波形决定。

二、TVS管应用

1、浪涌设计

  一般户外设备、机车设备等电源接口需要进行防雷或防浪涌设计。这时选择TVS管需要注意关注两个因素:浪涌电压(决定浪涌电流)、浪涌信号波形脉冲宽度。以24V电源电路结构为例:(假设该电源接口需通过1500V/60A的脉冲测试)

tvs管选型步骤及应用

那么我们的计算过程如下:

a、确定器件反向关断电压Vrwm

根据前面的公式,Vrwm≥V即Vrwm≥24V,但考虑电源特性接口50V的要求,故选取Vrwm≥60V。

b、确定TVS管功率

该条件下的瞬态阻抗:Z=1500V/60A=25Ω;

击穿电压:Vbr=1.2*60=72V;

最大钳位电压:Vmax≥(1.5~2.0)*Vbr=108V;

最大峰值电流:Ipp=(1500-108)/25=55.68A;

额定脉冲功率:Pppm=108*55.68=6013W

故该TVS管功率不能低于6013W。

2、ESD防护

  通常对外信号与电源接口都需要进行ESD防护设计,虽然静电电压比较高,但静电脉冲电流时间比较短,通常是几十纳秒,因此对于防静电的TVS来讲,通常200W功率都可以满足15KV静电干扰。以RS232接口防护电路结构为例:

tvs管选型步骤及应用

3、EOS防护

  我们日常所使用的电子设备,在充电的插拔过程中,或多或少存在瞬间电流的冲击。一方面由于用电环境的异电波动,另一方面充电也多采用大电流充电。针对此瞬间产生的尖峰电流问题,也需要进行相关防护方案避免芯片的损坏。

三、总结

本篇文章主要针对TVS管的选型步骤、参数计算及电路结构进行了说明,进一步加深了对TVS管的认识,但理论终归是理论,想要将TVS管用的炉火纯青,还得实践应用中处处留心和总结。