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從無處不在的靜電來看電路保護(hù)元件TVS管應(yīng)用選型要點

02/03 09:55
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電磁兼容電源設(shè)計者們除了能效之外第二個考慮的重要問題,但在電路的靜電釋放方面,卻很少有人考慮過電磁兼容的問題。

原因有很多,有可能是產(chǎn)品本身的功能特性原因,也有可能是由于成本受限而不得放棄防雷防靜電設(shè)計。

但事實是,很多年輕的工程師都不了解瞬變電壓抑制二極管在TVS管電路當(dāng)中的重要性,甚至有些剛畢業(yè)的工程師都不知道這種器件的存在。

理論上,大部分有可能會接觸靜電的電路都應(yīng)該要加上TVS管以保護(hù)。

比如手機(jī)等數(shù)碼產(chǎn)品的充電接口,耳機(jī)接口,秋天就很容易接觸人體大量靜電。

再比如交換機(jī)通信產(chǎn)品的接插件部位,一個閃電就很容易會在它們連接的線纜形成很強(qiáng)的脈沖波,這些都很容易對電路構(gòu)成威脅。

下面我們就對TVS管的一些應(yīng)用知識進(jìn)行簡單的了解,希望通過簡單的例子讓大家對TVS管有比較直觀的認(rèn)識。

不同型號規(guī)格TVS管的原理都是一樣,大家在選型的時候根據(jù)需要去找一下內(nèi)部結(jié)構(gòu)合適自己產(chǎn)品的型號和規(guī)格就可以了。

1. 確定電壓

首先,我們要確定待保護(hù)電路直流電壓或持續(xù)工作電壓。(如果是交流電,應(yīng)計算出最大值,即用有效值*1.414)。

這個電壓通常是指后級電路工作的額定電壓,而不是最高可耐受的電壓。

比如我們要保護(hù)一個 DCDC 的輸入,這個 DCDC 的設(shè)計指出,我們設(shè)定的輸入電壓為 5V - 18V。但是我們正常輸入的電壓是 12V。這個時候我們應(yīng)該確定需要保護(hù)的電壓為 12V,而不是 18V。

2. 確定VRWM

Vrwm 是TVS管的反向變位電壓即工作電壓,在這個電壓以內(nèi),TVS 管可以保證反向的截止?fàn)顟B(tài)。

選擇TVS管的Vrwm應(yīng)等于或大于上述所確定的持續(xù)工作電壓。這樣才能保證在正常工作條件下,TVS管吸收的電流可忽略不計,即漏電流非常小。如果上述所確定的持續(xù)工作電壓高于所選擇的TVS管的VRWM,TVS管將吸收大量的漏電流而處于雪崩擊穿狀態(tài),從而影響電路的工作。

3. 確定峰值脈沖功率

要確定峰值脈沖功率,首先要確定被保護(hù)電路的干擾脈沖情況,需要根據(jù)干擾脈沖的波形、脈沖持續(xù)時間,確定能夠有效抑制該干擾的TVS管峰值脈沖功率。

4. 確定鉗位電壓 Vc

TVS管的箝位電壓(Vc)應(yīng)低于被保護(hù)電路所允許的承受電壓,否則二極管雪崩擊穿后的電壓將超過被保護(hù)電路所允許的電壓范圍,被保護(hù)電路將過壓損壞。

?5. 單極性還是雙極性?

常常會出現(xiàn)這樣的誤解,即雙向TVS管用來抑制反向浪涌脈沖,其實并非如此,雙向TVS管用于交流電或來自正負(fù)雙向脈沖的場合。如果電路只有正向電平信號,那么單向TVS管就足夠了。

TVS管的工作方式為:

    正向浪涌時,TVS處于反向雪崩擊穿狀態(tài)。反向浪涌時,TVS管類似正向偏置二極管一樣導(dǎo)通并吸收浪涌能量。

在低電容電路的情況下,應(yīng)選用雙向TVS管以保護(hù)電路中的低電容器件免受反向浪涌的損害。

6.?TVS 管的寄生電容

在信號線路上增加 TVS 管或者 ESD 二極管時,還需要考慮二極管的寄生電容參數(shù)。

由于TVS管的工藝制造問題,其本身就存在一個寄生電容,功率越大的TVS 二極管,寄生的電容容值越大,因此在信號線上增加TVS管時,要注意增加的寄生電容是否會影響通信質(zhì)量。不過這里同時會產(chǎn)生一些好處,在需要電容的環(huán)路里面因為寄生電容的存在而減少額外的電容,對于抑制 EMI 的問題時,可以根據(jù)成本考慮到底是選擇 TVS 管還是陶瓷電容。更多工程實踐問題可以加入我的星球,獲取資料,問題討論,免費(fèi)咨詢

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