TVS选用功率误区之越大越好

  

 

TVS峰值脉冲功率：越高越好，对不对?

 

瞬态电压抑制器(TVS)二极管最容易被误解的额定值之一是峰值脉冲功率(P PP)。许多研发问雷卯电子工程师，将主要根据额定峰值脉冲功率来选择电涌保护组件，并假设他们的系统将受到良好的保护。毕竟，合理地假设更高的额定功率意味着该器件可以吸收更高的瞬态电流，因此应该是更好的。虽然在选择过程中可能会考虑峰值脉冲功率额定值，但不应仅根据该参数选择器件。为了说明原因，让我们回顾一下TVS峰值脉冲功率的定义。

 

什么是TVS峰值脉冲功率?

 

TVS二极管的峰值脉冲功率额定值定义为设备在给定脉冲条件下消耗的瞬时功率，并且是在给定瞬态事件期间TVS结中消耗的功率的度量。它通过以下关系式计算：P PP =V C xI PP，其中P PP =峰值脉冲功率(W)，V C =钳位电压(V)，I PP =峰值脉冲电流(A)。让我们检查一下每个参数的含义。

 

   

图1：峰值脉冲功率计算

 

TVS二极管与受保护的IC并联连接(图2)。在正常工作条件下，TVS二极管会对被保护电路产生高阻抗。在电气过应力(EOS)事件期间，一旦电压超过TVS击穿电压，该设备就会“开启”并变为低阻抗路径，以将瞬态电流分流到地。该电流被定义为“峰值脉冲电流”。在指定的峰值脉冲电流下，器件两端产生的电压就是钳位电压。钳位电压必须低于被保护IC的故障电压。TVS制造商雷卯电子竭尽全力开发降低TVS钳位电压同时保持高峰值脉冲电流处理能力的技术。

 

   

图2：TVS二极管连接

 

在继续学习之前，重要的是要对峰值脉冲电流波形的指定方式有很好的了解。在瞬态条件下，TVS二极管会耗散器件结点的功率。TVS结设计用于处理给定结尺寸的高瞬态能量。对于给定的脉冲或脉冲宽度，我们将P PP定义为I PP和V C的乘积。由于能量乘以时间，因此这是量化设备能量处理能力的间接方法。在这种情况下，时间由脉冲持续时间给出。

 

国际标准测试波形

 

多数TVS二极管I PP和P PP额定值是使用行业标准的双指数波形定义的，在IEC61000-4-5中最常用。IEC61000-4-5标准电流波形是一个双指数，上升时间为8µS，衰减为20µs，即8/ 20µs，如图3所示。

 

   

 

图3：双指数波形(摘自IEC标准：电磁兼容性(EMC)–第4-5部分：测试和测量技术–抗浪涌测试，IEC61000-4-5，2014)

 

   

   

图4：各种波形能量大小示意

 

看一个实际示例，请考虑图5中所示的峰值脉冲电流与钳位电压IV特性曲线。在此示例中，考虑了选择TVS二极管的三个选项(TVS1，TVS2和TVS3)。要保护的IC的故障电压为14V，根据IEC61000-4-5的要求，该应用需要10A的浪涌测试电流。这意味着，为了保护IC，对于10A及以上的峰值脉冲电流，TVS的钳位电压应低于14V。每个TVS器件都具有大约7V的相同击穿电压，并且根据IEC61000-4-5的额定最大峰值脉冲电流为20A。对于20A脉冲(P PP =20A * 15V)，TVS1 的P PP额定值为300W(对于20A脉冲，TVS2 的P PP额定值为400W(P PP=20A * 20V)，最后对于20A脉冲，TVS3 的P PP额定值为500W(P PP =20A * 25V)。TVS1被设计具有较低的钳位特性，并且在器件导通的I未达到14V的IC的故障电压PP 17A的，远高于10A的要求。TVS2直到11A以下才达到14V钳位。从理论上讲，该器件可以保护IC，但是设计裕度很小。TVS3层夹在14V在I PP约为7A。换句话说，由于较高的钳位特性，即使TVS保持不变，10A脉冲也可能损坏IC。在这种情况下，TVS1(300W)是最佳解决方案，尽管与TVS2(400W)和TVS3(500W)相比，峰值脉冲功率额定值较低。

 

   

图5：IV钳位特性曲线

 

上面的例子说明了在考虑所有其他因素的情况下，较低的钳位电压将转化为较低的P PP额定值，但保护级别更高。因此，实际上，峰值脉冲功率额定值是TVS在不损坏的情况下可以吸收多少功率的量度，但不能预测TVS对敏感电路的保护程度。更重要的是，集中于给定电流的钳位电压，以衡量TVS对电路的保护程度。

  

电子产品的接口防护需用过压保护器件，很多工程师意识到要用保护器件，但由于选型不当或没按照ESD电路PCB设计原则，造成产品静电测试或EMC测试不通过，产品多次验证测试，浪费人力财力，造成产品延迟上市的事情总有发生，或过度设计，造成成本压力。

 

是否需要测试验证

 

雷卯电子专业为客户提供电磁兼容EMC的设计服务，提供实验室做摸底测试，被动器件对比分析，从客户高效，控本方便完成设计，希望为更多的客户能快速通过EMC的项目，提高产品可靠性尽力。

  

雷卯电子电磁兼容实验室，提供外围静电/浪涌保护参考电路。