TVS管的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn):
①擊穿(導(dǎo)通)前相當(dāng)于開路,電阻很大,沒(méi)有漏電流或漏電流很小;
②擊穿(導(dǎo)通)后相當(dāng)于短路,可通過(guò)很大的電流,壓降很小;
③具有雙向?qū)ΨQ特性。
④響應(yīng)速度都很快,ns級(jí)。
⑤擊穿電壓一致性好。
缺點(diǎn):
①通流量較小,只有幾百A。
②擊穿電壓只有若干特定值。
③電容較大,有幾十至幾百pF
TVS管有單向與雙向之分
TVS管有單向與雙向之分(單向的型號(hào)后面的字母為“A”,雙向的為“CA”),單向TVS管的特性與穩(wěn)壓二極管TVS管使用時(shí),一般并聯(lián)在被保護(hù)電路上。為了限制流過(guò)TVS管的電流不超過(guò)管子允許通過(guò)的峰值電流IPP,應(yīng)在線路上串聯(lián)限流元件,如電阻、自恢復(fù)保險(xiǎn)絲、電感等。相似,雙向TVS管的特性相當(dāng)于兩個(gè)穩(wěn)壓二極管反向串聯(lián)。
TVS管的功率如何計(jì)算_TVS管的使用范圍
TVS管工作原理
器件并聯(lián)于電路中,當(dāng)電路正常工作時(shí),它處于截止?fàn)顟B(tài)(高阻態(tài)),不影響線路正常工作,當(dāng)電路出現(xiàn)異常過(guò)壓并達(dá)到其擊穿電壓時(shí),它迅速由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài),給瞬間電流提供低阻抗導(dǎo)通路徑,同時(shí)把異常高壓箝制在一個(gè)安全水平之內(nèi),從而保護(hù)被保護(hù)IC或線路;當(dāng)異常過(guò)壓消失,其恢復(fù)至高阻態(tài),電路正常工作。
TVS允許的正向浪涌電流在TA=250C,T=10ms條件下,可達(dá)50~200A。雙向TVS可在正反兩個(gè)方向吸收瞬時(shí)大脈沖功率,并把電壓鉗制到預(yù)定水平, 雙向TVS適用于交流電路,單向TVS一般用于直流電路??捎糜诜览讚簟⒎肋^(guò)電壓、抗干擾、吸收浪涌功率等,是一種理想的保護(hù)器件。耐受能力用瓦特(W)表示。
TVS二極管可以很方便地與其它器件集成在一個(gè)芯片上,現(xiàn)有很多將EMI過(guò)濾和RFI防護(hù)等功能與TVS管集成在一起的器件,不但減少設(shè)計(jì)所采用的器件數(shù)目降低成本,而且也避免PCB板上布線時(shí)易誘發(fā)的伴生自感。
從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。 TVS的反應(yīng)速度絕對(duì)比RC回路快的多,抑制反向的用單向TVS, 有交流的用雙向TVS。
TVS管的功率計(jì)算
TVS管的功率如何計(jì)算_TVS管的使用范圍
上圖是常見(jiàn)的汽車電源部分的原理圖,分別是防反接模塊和LDO模塊,我們的客戶要求ISO7637-2脈沖5為40V/400ms,內(nèi)阻2歐姆,我開始時(shí)用的SMBJ20CA,結(jié)果TVS管被燒毀,后改成SMBJ36CA,現(xiàn)在可以過(guò)ISO7637-2脈沖5。
問(wèn)題:
1)TLE42644G的輸入電壓最大40V,SMBJ36CA的Vbrmin=40V, Vrsm=58.1V,在上述模塊中我認(rèn)為SMBJ36CA沒(méi)有起到任何作用,按TVS管的選型標(biāo)準(zhǔn),此刻我應(yīng)選擇符合Vrsm<40V和Vbrmin>18V(電源電壓)的TVS管,但不知要承受客戶要求的400ms的TVS管功率該如何計(jì)算?
2)若客戶無(wú)特殊要求,按ISO7637-2脈沖5的標(biāo)準(zhǔn)我是否需要選取能承受輸入電壓高的LDO?這樣可以選擇高電壓的TVS管,減小TVS管上的功耗?
TVS管的功率如何計(jì)算_TVS管的使用范圍
這個(gè)脈沖的能量是最大的,TVS起到的作用,是將電壓穩(wěn)定在一定的范圍之內(nèi)。
TVS管的功率如何計(jì)算_TVS管的使用范圍
我在書里面的計(jì)算方法,是將TVS等效成一個(gè)可變電阻,在整個(gè)過(guò)程中,將加在上面的最大的功率給核算出來(lái)。
實(shí)質(zhì)上,我在書里面可能膚淺了些,這里針對(duì)us級(jí)別的脈沖,核算靜態(tài)功率,因?yàn)檫@個(gè)的失效機(jī)理屬于瞬間的熱失效;而針對(duì)這種40ms~400ms的,可以首先計(jì)算兩個(gè)最終的阻抗:
對(duì)于SMBJ20CA而言:
第一階段,此時(shí)TVS的電阻無(wú)窮大,電壓很快上升至22.2~24.5V,TVS管開始擊穿
第二階段,TVS的電壓上升,其阻抗開始下降,整個(gè)過(guò)程中,電壓上升至32.4V,此時(shí)等效電阻為1.74Ohm,電流為10.7A,這是最高的電流
第三階段,TVS管的電壓開始下降,阻抗變大,電壓在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi),這個(gè)穩(wěn)態(tài)值可以用迭代的方法進(jìn)行計(jì)算,在書中的線性的方法其實(shí)是一種假設(shè)。為了計(jì)算方便,我們假定這里穩(wěn)定的電壓就是24.5V+2V,此時(shí)的電阻為4Ohm,功率為175W.毫無(wú)懸念,這是肯定要被燒掉的。
因此大多數(shù)的車子,都在努力在發(fā)電機(jī)那塊加入中央抑制器,將脈沖能量直接直接吸收,這里不能使用表貼的了。而且上方的大多數(shù)元件,需要能夠承受40V的耐壓值了。
SMBJ36CA,承受的能量是非常有限的,所以不會(huì)燒毀,但是整個(gè)后級(jí)系統(tǒng)就承受了很大的電壓。
TVS管的功率如何計(jì)算_TVS管的使用范圍
所以這里最好是采用仿真的方法去進(jìn)行確認(rèn),如圖所示:
TVS管的功率如何計(jì)算_TVS管的使用范圍
脈沖的產(chǎn)生機(jī)理:在斷開電池的同時(shí),交流發(fā)電機(jī)正在產(chǎn)生充電電流對(duì)蓄電池充電,而發(fā)電機(jī)電路上仍有其它負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài) Pulse 5 is a simulation of a load dump transient occurring in the event of a discharged battery being disconnected while the alternator is generating charging current with other loads remaining on the alternator circuit at this moment。
TVS管的功率如何計(jì)算_TVS管的使用范圍
TVS管的使用范圍
1、RS232/RS422/RS485分界面卡
2、XDSL和ISDN、HDSL傳輸設(shè)備
3、用戶前端設(shè)備,如:電話、調(diào)制解調(diào)器等
4、Centralofficelinecards
5、T1/E1
6、PBX和其它交換設(shè)備
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