#01 Как работает ТВС
Полное название TVS-диода — диод подавления переходных процессов, также называемый фиксирующим диодом. Это устройство защиты от ограничения напряжения, английское подавление переходного напряжения, и его функция очень похожа на функцию варистора. Нелинейные характеристики устройства также используются для ограничения перенапряжения до более низкого значения напряжения для защиты последующей цепи. Это устройство, состоящее из одного PN-перехода или нескольких PN-переходов, интегрированных с использованием полупроводниковой технологии. ТВС можно разделить на однонаправленные и двунаправленные. Однонаправленные ТВС обычно применяются в цепях питания постоянного тока, а двунаправленные ТВС применяются в цепях с переменным напряжением. Как показано на рисунке 1, при применении к цепи постоянного тока однонаправленный TVS подключается в цепи обратно-параллельно. Когда схема работает нормально, TVS находится в состоянии отсечки (состояние высокого сопротивления) и не влияет. нормальная работа схемы. Когда в цепи возникает аномальное перенапряжение и достигает напряжения пробоя TVS (лавинного), TVS быстро переходит из состояния с высоким сопротивлением в состояние с низким сопротивлением, разряжает мгновенную перегрузку по току, вызванную ненормальным перенапряжением, на землю и в то же время фиксирует аномальное перенапряжение на более низком уровне А, чтобы защитить нижестоящую цепь от повреждения из-за аномального перенапряжения. Когда аномальное перенапряжение исчезает, сопротивление TVS возвращается в состояние высокого сопротивления.
Как работает ТВС
#02 Процесс выбора TVS
Прежде чем выбрать ТВС, надо сначала понять конечную цель выбора:
1. Соответствующее напряжение может защитить последующую цепь;
2. Емкость перехода введенного ТВС не может влиять на схему;
3. ТВС имеет достаточный запас мощности и соответствует нормам испытаний, его нельзя отключить до предохранителя. Процесс выбора может осуществляться в соответствии со следующими этапами:
(1) Выберите максимальное рабочее напряжение Vrmw TVS;
(2) Выберите напряжение ограничения TVS VC;
(3) Выберите мощность TVS;
(4) Оценить влияние тока утечки IR;
(5) Оценить влияние емкости перехода;
A. Выберите максимальное рабочее напряжение Vrmw TVS;
При нормальных условиях работы схемы ТВС должен находиться в неактивном состоянии, то есть в отключенном состоянии, поэтому напряжение отключения ТВС должно быть больше максимального рабочего напряжения защищаемой цепи. Это может гарантировать, что TVS не повлияет на работу схемы, когда схема работает нормально. Однако рабочее напряжение TVS также определяет напряжение ограничения TVS. Когда напряжение отключения превышает нормальное рабочее напряжение линии, рабочее напряжение TVS не может быть выбрано слишком высоким. напряжение также будет выше. Поэтому при выборе Vrwm необходимо всесторонне учитывать рабочее напряжение защищаемой цепи и долговечность последующей цепи. Vrwm должно быть больше рабочего напряжения. В противном случае рабочее напряжение, превышающее Vrwm, приведет к увеличению обратного тока утечки TVS, близкому к проводимости, или лавинному пробою, что повлияет на нормальную работу схемы. При комплексном рассмотрении Vrwm можно использовать следующую формулу:
Vrwm≈1,1~1,2*VCC;--------где VCC — самое высокое рабочее напряжение цепи.
B. Выберите напряжение ограничения TVS VC;
Напряжение ограничения TVS должно быть меньше максимального переходного безопасного напряжения, которое может выдержать нижестоящая защищенная цепь. VC пропорционально напряжению лавинного пробоя и IPP TVS. Для ТВС одинакового уровня мощности, чем выше напряжение пробоя VC, тем выше напряжение. Максимальное напряжение фиксации Vc выбранного ТВС не может быть больше максимального напряжения, которое может выдержать защищаемая схема. В противном случае схема будет повреждена, когда TVS будет подключен к Vc. Vc может относиться к следующей формуле:
VC＜Vmax;-----где Vmax — максимальное напряжение, которое может выдержать схема.
C. Выберите мощность TVS ppm (или Ipp);
Номинальная переходная мощность изделий TVS должна быть больше максимальной переходной мощности, которая может возникнуть в цепи. Теоретически, чем больше мощность TVS, тем лучше, и он может выдерживать большую энергию и время удара. мощность, тем плотнее пакет TVS. Чем больше, тем выше цена, поэтому мощность TVS должна соответствовать только требованиям. Для TVS с разными уровнями мощности значение VC TVS с одинаковыми характеристиками напряжения одинаково, но IPP различен. Следовательно, Pppm пропорциональна Ippm. Чем больше Ippm, тем больше Pppm. Для определенной цепи существуют соответствующие требования к испытаниям. Если предположить, что максимальный испытательный ток в реальной цепи равен Iactual, то Iactual можно оценить как:
Iactual=Uactual/Ri;---------где Uactual — испытательное напряжение, а Ri — внутреннее сопротивление испытания.
TVS должен пройти испытание, поэтому в реальной схеме требуется минимальная мощность TVS при форме сигнала 10/1000 мкс: ------- где di/dt — коэффициент преобразования формы сигнала, если фактическая форма испытательного сигнала другие формы сигналов, например 8/20 мкс. Для формы сигнала рекомендуется выбрать значение di/dt. Например, тестовый сигнал имеет значение 10/1000 мкс. При фактическом выборе TVS должен оставлять определенный запас для выбора мощности TVS. должно следовать Pppm>Pactual.
D. Оцените влияние на основе емкости перехода и тока утечки выбранного TVS.
Если TVS используется в защите высокоскоростных портов ввода-вывода, дискретизации аналогового сигнала и маломощном оборудовании, необходимо учитывать влияние емкости перехода и тока утечки. Чем меньше эти два параметра, тем лучше.
#03 Расстояние выбора TVS
Данные — это скучно, давайте в качестве примеров приведем реальные случаи. Нормальное рабочее напряжение VCC цепи составляет 24 В, максимальное рабочее напряжение Vmax составляет 26 В, максимальное переходное напряжение, которое может выдержать последующая цепь, составляет 50 В, форма испытательного сигнала эксперимента - форма сигнала 8/20 мкс, испытательное напряжение - 500 В. проверяются внутреннее сопротивление источника питания и PPTC. Общее статическое сопротивление составляет 2 Ом. Выберите подходящий ТВС на основе приведенной выше информации.
Примеры дизайна
1) Выберите самое высокое рабочее напряжение TVS.
Vrmw≈1,1~1,2*VCC=26~28В
2) Выберите напряжение ограничения TVS.
ВК＜Vмакс=50В
3) Рассчитайте фактическую мощность тестового сигнала.
Фактическое =Vc**=50*(500/3)*1/2=4166 Вт
По результатам расчетов можно выбрать TVS 5.0SMDJ26A. Поскольку этот TVS используется на порте питания, емкость перехода и ток утечки в основном незначительны.
#04 Преимущества и недостатки TVS-диодов
Преимущества: быстрая скорость отклика (уровень нс), большая переходная мощность и низкий ток утечки; импульсная мощность 10/1000 мкс варьируется от 400 Вт до 30 кВт, а пиковый ток импульса находится в диапазоне от 0, 52 А до 544 А; , 8В Последовательное значение ~550В удобно для использования в цепях с разным напряжением.
Недостатки: более низкая устойчивость к перенапряжению, чем у газоразрядных трубок и варистора; стабилитрон: медленный отклик; обычно используется в местах с высокими требованиями к точности напряжения (как правило, небольшими), антиперенапряжение, точное напряжение пробоя, доступны диапазоны значений напряжения стабилитрона; : аналогичен стабилитрону, но невосстанавливаемый;
#05 Применение TVS-диодов
TVS-диоды широко используются в области защиты от переходных процессов и защиты от электростатического разряда различных электронных схем из-за их высокой скорости отклика, высокой хрупкости и хорошей ограниченной стабильности напряжения. Вот несколько распространенных сценариев применения:
Защита источника питания: TVS-диоды можно использовать для защиты входной клеммы питания от перенапряжения и повреждения напряжения линии электропередачи.
Защита интерфейса связи: TVS-диоды можно использовать для защиты устройств интерфейса связи, таких как последовательные порты, сетевые порты и интерфейсы USB, от повреждения внезапными событиями напряжения, такими как молния и электростатический разряд.
Автомобильная электроника: TVS-диоды могут использоваться в автомобильной электронике для противодействия перенапряжению в аналоговых и цифровых цепях, защиты автомобильного электрооборудования от перенапряжения, скачков напряжения и электростатического разряда, а также для предотвращения несчастных случаев, вызванных запуском автомобиля, остановкой, внезапным торможением и т. д. Помехи напряжения может привести к выходу оборудования из строя.
Электронное оборудование. В различных типах электронного оборудования, например, в компьютерах, мобильных телефонах, цифровых фотоаппаратах и т. д., TVS-диоды широко используются для защиты критических цепей от переходных напряжений.
Промышленная автоматизация. TVS-диоды также необходимы в системах промышленной автоматизации для защиты стабильной работы ключевых контроллеров, таких как ПЛК и РСУ.