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[导读]随着脉冲电流按指数衰减,TVS两极间的电压也不断下降,最后恢复到初态,这就是TVS管抑制可能出现的浪涌脉冲干扰,保护电路的过程。

一、TVS管的介绍

(1)TVS是干精细活的防护器件,主要应用于ESD、7637、浪涌等EOS的防护等;

(2)瞬态电压抑制具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力;

(3)不导通阶段--处于关断状态呈现高阻抗:电流变化很小,电压不断上升;

(4)导通阶段-浪涌冲击电压从高阻抗转变为地阻抗吸收浪涌功率:电压上升、电流上升;

(5)前卫阶段:电压上升缓慢、电流急剧上升;

(6)各类防护器件比较:


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二、TVS管的参数


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1、工作原理:

(1)0-Vrwm:TVS管与电路并联使用,在电路工作电压时TVS管处于关断呈现高阻抗;

(2)Vbr阶段:在浪涌电压的作用下,TVS管的电压有额定反向关断电压上升到击穿电压而被击穿;

(3)Vc阶段:随着击穿电流的出现,流过TVS管的电流将达到峰值脉冲电流,同时爱其两端的电压被前卫到预定的最大前卫电压以下;

(4)其后,随着脉冲电流按指数衰减,TVS两极间的电压也不断下降,最后恢复到初态,这就是TVS管抑制可能出现的浪涌脉冲干扰,保护电路的过程。


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(5)TVS管相关参数

Vrwm:可承受电压,反向关断电压

Irwm:在工作电压下测得的流过TVS管的最大电流;---工作电压的静态功耗问题

Vbr:击穿电压:当IR达到1mA时的最大工作电压,此时TVS管的阻抗骤然降低,处于雪崩击穿转态;

VC:最大钳位电压:当TVS管承受瞬态高能量冲击时,管子中流过过大电流,峰值电流IPP,端电压有VBR上升到VC值就不在上升了,从而实现了保护作用;

Cj:结电容,信号端口需要考虑:测试条件是在1MHZ频率下测得的;

三、TVS管的选型


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1、TVS管的反向关断电压VRWM与最大工作电压关系如下:

直流供电:V RWM ≥V工作

交流供电:V RWM ≥V 工作 *1.414

2、浪涌测试的TVS管的选型----考虑温度降额


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3、TVS管的功率换算:

以TPSMB36A 为例

给的功率是在10/1000us的PPM功率,当测试ESD的测试时,ESD的测试脉冲波形为30ns,就是说找到对应的脉宽,与其对应的PPM,看是否符合要求;


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4、信号的TVS管结电容的选型

一定要注意传输信号频率或传输速率。当信号频率或传输速率较高时,营选用 低电容系列的关系,TVS管结电容容值限制与信号传输速率对应关系如图:


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工作的频率不能超过其对应的容值。

四、TVS管的应用

1、当低电容系列不满足要求时,应通过串联高速二极管组成的桥电路降低电容


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2、芯片ESD的防护

在信号接口进行浪涌或静电防护设计时,如果TVS的残压 过高,导致芯片不能承受时,可以在TVS后面信号上串联电阻进行,从而降低芯片上所到的残压


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当TVS管的钳位电压选择最小的型号,也不能满足芯片或IC的工作电压时:

(1)VRWM≥5V

(2)VC=VR+V芯片

3、在信号接口进行浪涌防护设计时,如果TVS功率不够时,可以采用前面加功率电阻(或者PTC)进行分压限流,从而降低TVS管上所承受瞬态能量。


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当TVS管的前端泄放电流很大时,TVS管无法承受时,可以在其前端增加功率电阻降低TVS管承受的IPP电流

(1)V/Rs>IPP电流时

(2)V/(Rs+R)来满足TVS管的IPP;

4、在信号接口进行浪涌防护设计时,如果雷电能量特别大时,这时可以采取压敏电阻+退耦电感+TVS管方式进行;


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UTVS管的残压+U电感≥u

U电感=L*di/dt i时0-IMAX t:V的上升时间

5、在电源接口进行浪涌防护设计时,如果雷电能量特别大时,这时可以采取压敏电阻+退耦电感+TVS管方式进行;


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UTVS管的残压+U 电感 ≥u压敏电阻的电压(大电流电压)

U 电感 =L*di/dt i时0-IMAX t:V的上升时间

五、PCB应用中的注意事项

1、防护器件靠近接口位置


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2、防护器件靠近接口位置,走线需要短,尤其是信号的ESD防护器件


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3、接口进行ESD防护设计,TVS管防护器件到信号走线以及GND的PCB走线需要尽可能地短,案例分析:


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图中看书TVS地两端已经是90V,如果TVS管的千位电压为10V,那施加在IC上的电压就是90+10=100V,此时就失去了TVS管的作用。


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4、其中雷击测试中,较为常见的PCB走线宽度:


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5、DC24V的端口防护:7637-5a


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6、232接口防护:


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7、USB3.0接口防护


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D3D4需要结电容很小;

8、POE接口


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D1与 V1共模对滴防护

差模防护:TVS5用作电源防护,后加压敏电阻(精细+粗略)

TVS1-TVS4在查分线上注意结电容的大小;

9、浪涌测试的TVS管的选型----考虑温度降额


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