TVS管以快速的響應速度、精準的鉗位電壓及多樣化的封裝形式,使其廣泛應用于各種需要瞬態電壓保護的電子電路領域,如電子儀器與儀表、醫療設備、工業自動化設備與計算機系統與通訊設備等等。在保護設計中,選擇合適的TVS管尤為重要,在TVS眾多參數中,峰值脈沖功率是很多工程設計人員關注的重要參數之一,普遍認為峰值功率越大,保護效果一定越好,那么真實情況是這樣子的嗎?

01誤區:峰值脈沖功率越高越好
許多電子工程師在選擇TVS管時,會依據額定峰值脈沖功率PPPM來選擇考慮器件型號,并認為更高的額定功率意味著會有更好的保護效果。然而,這種觀念存在誤區。
TVS二極管的峰值脈沖功率額定值定義為設備在給定脈沖條件下消耗的瞬時功率,它通過關系式計算得出:
PPPM= VCX IPP
PPPM: 峰值脈沖功率
IPP:流經TVS管的峰值脈沖電流
VC:在IPP下測得TVS管兩端的峰值電壓(TVS管的鉗位電壓),值越低表示擁有越好的保護效果。
基于以上三個參數,不同品牌同規格型號的TVS管之間,會存在以下的情況:

圖一、A品牌的TVS1在10/1000us波形16A下面的VC值15.76V

圖二、B品牌的TVS2在10/1000us波形16A下面的VC值17.28V

圖三、B品牌的TVS3在10/1000us波形16A下面的VC值21.29V
相同測試環境,同樣的IPP不同TVS管會有不同的VC值。根據峰值脈沖功率關系式PPPM=VC×IPP和上述圖片中的實測數據,可算出TVS1的峰值脈沖功率PPPM1=253.58W、TVS2的PPPM2=277.69W、TVS3的PPPM3=339.5W,此時,低VC值的TVS管顯然算出了更低的PPPM峰值脈沖功率,這是否意味著其對后端電路的保護效果不佳?
雖然峰值脈沖功率是TVS在不損壞的情況下可以吸收多少功率的量度,但它并不能直接預測TVS對敏感電路的保護程度。實際上,對于電路的保護程度更多地取決于TVS的鉗位電壓。鉗位電壓必須低于被保護電路或者IC器件的最大耐壓值,以確保在瞬態事件發生時,TVS能夠有效地將瞬態電流分流到地,從而保護電路免受損壞。因此,在選擇TVS管時,除了考慮峰值脈沖功率外,還需要重點考慮鉗位電壓這一關鍵參數。
02案例分析:12V電源1000V浪涌測試
假設有一個12V輸入DC/DC電源需要做1000V的浪涌測試,其電源芯片的最大耐壓值VCMAX為28V。根據IEC61000-4-5浪涌要求內阻為2Ω,通過如下公式:
IPP= VPeakX Rm
VPeak: 浪涌脈沖電壓
IPP:峰值脈沖電流
Rm:阻抗匹配電阻
計算出該器件需要滿足500A的IPP浪涌電流承受能力。分別有三款同型號的TVS1、TVS2和TVS3,它們IPP最大值均為500A,然而,通過分析它們的IV特性曲線,發現TVS1具有較低的鉗位特性,能夠在500A的電流下保持鉗位電壓VC1=25V,遠低于28V要求。而TVS2的VC2=28V,雖然也可以保護IC,但設計幾乎沒有余量。TVS3的VC3=30V,由于較高的鉗位特性,即使TVS功率最大,1000V的脈沖浪涌沖擊也會損壞IC。因此,在這種情況下,TVS1是最佳解決方案,盡管它的峰值脈沖功率額定值較低。

綜上所述,TVS管的選型并非簡單地選擇峰值脈沖功率越高的越好,而是需要根據電路的實際需求,綜合考慮其峰值脈沖功率、鉗位電壓、截止電壓等關鍵參數以及可能的工藝誤差,通過正確的選型方法,可以確保電路在瞬態事件發生時得到有效的保護。
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原文標題:TVS管選型誤區之峰值脈沖功率
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如何選擇合適的TVS管
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