针对浪涌如何选择TVS管

一、什么是浪涌?

浪涌是一种无法预料的瞬态电压或电流尖峰,与静电放电相比,浪涌的长度要长得多,包含的能量也高得多;但浪涌很复杂,有许多不同产生原因;

二、浪涌的标准

    虽然浪涌的产生有多种原因,但幸运的是,无论原因如何,它们都可以取近似的标准波形;

    与静电放电类似,浪涌的标准可参考IEC-61000-4-5,该标准定义了特征浪涌的电压波形和电流波形,电压波形的上升时间为 1.2 微秒,半长为 50 微秒;电流波形的上升时间为 8 微秒,半长为 20 微秒

    要通过IEC-61000-4-5,系统必须将此波形应用于系统输入,而系统不会受损;

    施加此波形的峰值电压范围通常为500V~4000V,浪涌测试仪有2欧姆的输出阻抗;标准定义的耦合网络的电阻为40Ω,即500V浪涌产生11.9A的电流;

    通过标准可知浪涌脉冲长度,而耦合网络与开路电压决定可测试的短路电流,利用这些信息就可以选择合适的TVS管;

实验等级:

三、TVS管参数

3.1 最大浪涌电流Ipp

    此参数定义了TVS管可以吸收的电流量上限,超过此限制就会过热并损坏,TVS管可以承受的电流取决于电流脉冲的长度,因此Ipp始终参考特征波形进行定义,如8/20us波形、10/1000us波形;在设计时,确保TVS管Ipp高于根据IEC 61000-4-5测试必须承受的浪涌电流,而且该浪涌电流参考的是实际所测试的波形。

    8/20us波形和10/1000us波形为两种不同的浪涌测试波形,下图为某TVS的峰值脉冲额定功率图

    由图可知,当测试波形为1000us时,可以承受的最大功率为5KW;当测试波形为20us时,可以承受的最大功率为20KW;如果Vclamp不变,那么20us可以承受的最大峰值电流Ipp是1000us的4倍;

3.2 钳位电压Vclamp 

    Vclamp取决于流经TVS管的电流,因此将始终相对于浪涌电流进行定义,Vclamp是浪涌脉冲期间系统可看到的电压,确保Vclamp小于输入电路的绝对最大电压

综上,针对浪涌如何选择TVS管?只需确保如下两点

四、选择TVS管的注意事项

4.1 TVS管参数会随温度而变化

    大多数浪涌测试是在室温下进行的,但真实系统在发生浪涌事件时温度通常达到85℃或更高,因此需要降额使用

4.2 Ipp和Vcalmp是参考特定波形定义的

    确保TVS管数据表中的参考波形与系统测试波形相同,可通过数据表中的:峰值功率和脉冲长度曲线进行转换

4.3 TVS管的寄生参数:漏电流和结电容

    在电池供电或功耗敏感型系统中,尤其注意漏电流以及温度对漏电流的影响;

    在通信电路中需要注意TVS管结电容对信号质量的影响

作者:南峰说

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