一、TVS管的介紹

(1)TVS是干精細(xì)活的防護(hù)器件，主要應(yīng)用于ESD、7637、浪涌等EOS的防護(hù)等;

(2)瞬態(tài)電壓抑制具有極快的響應(yīng)時(shí)間(亞納秒級(jí))和相當(dāng)高的浪涌吸收能力;

(3)不導(dǎo)通階段--處于關(guān)斷狀態(tài)呈現(xiàn)高阻抗：電流變化很小，電壓不斷上升;

(4)導(dǎo)通階段-浪涌沖擊電壓從高阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)榈刈杩刮绽擞抗β剩弘妷荷仙㈦娏魃仙?

(5)前衛(wèi)階段：電壓上升緩慢、電流急劇上升;

(6)各類防護(hù)器件比較：

圖片

二、TVS管的參數(shù)

圖片

1、工作原理：

(1)0-Vrwm：TVS管與電路并聯(lián)使用，在電路工作電壓時(shí)TVS管處于關(guān)斷呈現(xiàn)高阻抗;

(2)Vbr階段：在浪涌電壓的作用下，TVS管的電壓有額定反向關(guān)斷電壓上升到擊穿電壓而被擊穿;

(3)Vc階段：隨著擊穿電流的出現(xiàn)，流過TVS管的電流將達(dá)到峰值脈沖電流，同時(shí)愛其兩端的電壓被前衛(wèi)到預(yù)定的最大前衛(wèi)電壓以下;

(4)其后，隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，TVS兩極間的電壓也不斷下降，最后恢復(fù)到初態(tài)，這就是TVS管抑制可能出現(xiàn)的浪涌脈沖干擾，保護(hù)電路的過程。

圖片

(5)TVS管相關(guān)參數(shù)

Vrwm：可承受電壓，反向關(guān)斷電壓

Irwm：在工作電壓下測(cè)得的流過TVS管的最大電流;---工作電壓的靜態(tài)功耗問題

Vbr：擊穿電壓：當(dāng)IR達(dá)到1mA時(shí)的最大工作電壓，此時(shí)TVS管的阻抗驟然降低，處于雪崩擊穿轉(zhuǎn)態(tài);

VC：最大鉗位電壓：當(dāng)TVS管承受瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，管子中流過過大電流，峰值電流IPP，端電壓有VBR上升到VC值就不在上升了，從而實(shí)現(xiàn)了保護(hù)作用;

Cj：結(jié)電容，信號(hào)端口需要考慮：測(cè)試條件是在1MHZ頻率下測(cè)得的;

三、TVS管的選型

圖片

1、TVS管的反向關(guān)斷電壓VRWM與最大工作電壓關(guān)系如下：

直流供電：V RWM ≥V工作

交流供電：V RWM ≥V 工作 *1.414

2、浪涌測(cè)試的TVS管的選型----考慮溫度降額

圖片

3、TVS管的功率換算：

以TPSMB36A 為例

給的功率是在10/1000us的PPM功率，當(dāng)測(cè)試ESD的測(cè)試時(shí)，ESD的測(cè)試脈沖波形為30ns，就是說找到對(duì)應(yīng)的脈寬，與其對(duì)應(yīng)的PPM，看是否符合要求;

圖片

圖片

圖片

4、信號(hào)的TVS管結(jié)電容的選型

一定要注意傳輸信號(hào)頻率或傳輸速率。當(dāng)信號(hào)頻率或傳輸速率較高時(shí)，營(yíng)選用 低電容系列的關(guān)系，TVS管結(jié)電容容值限制與信號(hào)傳輸速率對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖：

圖片

工作的頻率不能超過其對(duì)應(yīng)的容值。

四、TVS管的應(yīng)用

1、當(dāng)?shù)碗娙菹盗胁粷M足要求時(shí)，應(yīng)通過串聯(lián)高速二極管組成的橋電路降低電容

圖片

2、芯片ESD的防護(hù)

在信號(hào)接口進(jìn)行浪涌或靜電防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，如果TVS的殘壓 過高，導(dǎo)致芯片不能承受時(shí)，可以在TVS后面信號(hào)上串聯(lián)電阻進(jìn)行，從而降低芯片上所到的殘壓

圖片

當(dāng)TVS管的鉗位電壓選擇最小的型號(hào)，也不能滿足芯片或IC的工作電壓時(shí)：

(1)VRWM≥5V

(2)VC=VR+V芯片

3、在信號(hào)接口進(jìn)行浪涌防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，如果TVS功率不夠時(shí)，可以采用前面加功率電阻(或者PTC)進(jìn)行分壓限流，從而降低TVS管上所承受瞬態(tài)能量。

圖片

當(dāng)TVS管的前端泄放電流很大時(shí)，TVS管無法承受時(shí)，可以在其前端增加功率電阻降低TVS管承受的IPP電流

(1)V/Rs>IPP電流時(shí)

(2)V/(Rs+R)來滿足TVS管的IPP;

4、在信號(hào)接口進(jìn)行浪涌防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，如果雷電能量特別大時(shí)，這時(shí)可以采取壓敏電阻+退耦電感+TVS管方式進(jìn)行;

圖片

UTVS管的殘壓+U電感≥u

U電感=L*di/dt i時(shí)0-IMAX t：V的上升時(shí)間

5、在電源接口進(jìn)行浪涌防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，如果雷電能量特別大時(shí)，這時(shí)可以采取壓敏電阻+退耦電感+TVS管方式進(jìn)行;

圖片

UTVS管的殘壓+U 電感 ≥u壓敏電阻的電壓(大電流電壓)

U 電感 =L*di/dt i時(shí)0-IMAX t：V的上升時(shí)間

五、PCB應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

1、防護(hù)器件靠近接口位置

圖片

2、防護(hù)器件靠近接口位置，走線需要短，尤其是信號(hào)的ESD防護(hù)器件

圖片

3、接口進(jìn)行ESD防護(hù)設(shè)計(jì)，TVS管防護(hù)器件到信號(hào)走線以及GND的PCB走線需要盡可能地短，案例分析：

圖片

圖中看書TVS地兩端已經(jīng)是90V，如果TVS管的千位電壓為10V，那施加在IC上的電壓就是90+10=100V，此時(shí)就失去了TVS管的作用。

圖片

4、其中雷擊測(cè)試中，較為常見的PCB走線寬度：

圖片

5、DC24V的端口防護(hù)：7637-5a

圖片

6、232接口防護(hù)：

圖片

7、USB3.0接口防護(hù)

圖片

D3D4需要結(jié)電容很小;

8、POE接口

圖片

D1與 V1共模對(duì)滴防護(hù)

差模防護(hù)：TVS5用作電源防護(hù)，后加壓敏電阻(精細(xì)+粗略)

TVS1-TVS4在查分線上注意結(jié)電容的大小;

9、浪涌測(cè)試的TVS管的選型----考慮溫度降額