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常州鼎先电子有限公司
TVS管在保护电路中的应用和选型

2023-03-16 10:52:16

  瞬态抑制二极管简称TVS ,是电子保护器件较常用的,同时它也是过压保护器件中的一种。TVS管广泛应用于交流电路中、直流稳压电源保护、晶体管电路保护、集成电路运放保护等。常用的TVS二极管的击穿电压有从5V到550V的系列值。且可靠性高,在TVS管规范之工作范围内,性能可靠,不易劣化,使用寿命长。

  本文主要讲述通过在热插拔电路保护和汽车电源线保护中典型应用电路的实例,了解如何正确应用TVS管SMBJ5.0CA和如何使其应用效果达到最佳。SMBJ5.0CA具有15KV空气放电和30KV接触放电的ESD防护等级,小于1ps的响应速率、600w的10/1000us、duty小于0.01%的尖峰能量浪涌能量容量,并且反向工作电压为5V,65A下的钳位电压为9V,这些主要的电气特性使其非常适合在接口保护中。

  在智能仪表行业里一般采用RS-485通讯。下图所示为RS-485通讯接口的典型应用。在保护RS-485接口不被静电或者浪涌损坏通常用SMBJ5.0CA来做接口保护如下图3所示,当静电或者浪涌电压高于5V时,SMBJ5.0CA会开始动作,将电压钳位在很低的位置,如果电流超过了峰值电流IPP话,最终电压会被钳位在9V左右,从而保护了后一级的器件不被损坏。

  集成运放对外界电应力非常敏感。因此,在使用运放的过程中,如果因操作失误或采取了不正常的工作条件,往往会出现过大的电压或电流,特别是浪涌和静电脉冲,从而很容易使运放受损或失效。5V输出的直流稳压电源,在其稳压输出端加上SMBJ5.0CA,可以保护使用该电源的仪器设备,同时还可以吸收电路中晶体管的集电极到发射极间的峰值电压,从而保护晶体管。因此建议在每个稳压源的输出端增加一个SMBJ5.0CA管,这样可以大幅度地提高整机的可靠性。

  直流稳压电源的输出级维护图

  1、最小击穿电压VBR和击穿电流I R 。VBR是TVS最小的击穿电压,在25℃时,低于这个电压TVS是不会产生雪崩的。当TVS流过规定的1mA电流(IR )时,加于TVS两极的电压为其最小击穿电压V BR 。按TVS的VBR与标准值的离散程度,可把VBR分为5%和10%两种。对于5%的VBR来说,V WM =0.85VBR;对于10%的VBR来说,V WM =0.81VBR。为了满足IEC61000-4-2国际标准,TVS二极管必须达到可以处理最小8kV(接触)和15kV(空气)的ESD冲击,部份半导体厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。对于某些有特殊要求的可携设备应用,设计者可以依需要挑选元件。

  4、Pppm额定脉冲功率,这是基于最大截止电压和此时的峰值脉冲电流。对于手持设备,一般来说500W的TVS就足够了。最大峰值脉冲功耗PM是TVS能承受的最大峰值脉冲功耗值。在特定的最大钳位电压下,功耗PM越大,其突波电流的承受能力越大。在特定的功耗PM下,钳位电压VC越低,其突波电流的承受能力越大。另外,峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且,TVS所能承受的瞬态脉冲是不重覆的,元件规定的脉冲重覆频率(持续时间与间歇时间之比)为0.01%。如果电路内出现重覆性脉冲,应考虑脉冲功率的累积,有可能损坏TVS。

  5、电容器量C。电容器量C是由TVS雪崩结截面决定的,是在特定的1MHz频率下测得的。C的大小与TVS的电流承受能力成正比,C太大将使讯号衰减。因此,C是数据介面电路选用TVS的重要参数。电容器对于数据/讯号频率越高的回路,二极管的电容器对电路的干扰越大,形成噪音或衰减讯号强度,因此需要根据回路的特性来决定所选元件的电容器范围。高频回路一般选择电容器应尽量小(如LCTVS、低电容器TVS,电容器不大于3pF),而对电容器要求不高的回路电容器选择可高于40pF。