熱插拔應(yīng)用中如何選擇TVS二極管

1.前言

我們在工作中，通常會使用瞬態(tài)電壓抑制 (TVS) 二極管將大浪涌電流鉗位到安全電壓水平，以保護附近的組件免受損壞。在許多方面，TVS 二極管的行為類似于齊納二極管，但由于其更大的芯片尺寸和更強的引線鍵合能力，因此具有更高的額定功率能力。

2.TVS介紹

TVS允許的正向浪涌電流在TA＝250C，T＝10ms條件下，可達50～200A。雙向TVS可在正反兩個方向吸收瞬時大脈沖功率，并把電壓鉗制到預定水平，雙向TVS適用于交流電路，單向TVS一般用于直流電路。 可用于防雷擊、防過電壓、抗干擾、吸收浪涌功率等，是一種理想的保護器件。耐受能力用瓦特(W)表示。 TVS（Transient Voltage Suppression）是一種限壓保護器件，作用與壓敏電阻很類似。也是利用器件的非線性特性將過電壓鉗位到一個較低的電壓值實現(xiàn)對后級電路的保護。 TVS管的主要參數(shù)有：反向擊穿電壓、最大鉗位電壓、瞬間功率、結(jié)電容、響應(yīng)時間等。

3.為什么熱插拔應(yīng)用需要 TVS 二極管？

在熱插拔應(yīng)用中，如果出現(xiàn)大的過流故障，那么保護集成電路 (IC) 會迅速切斷電流，以保護附近的組件免受損壞。這種電流的快速關(guān)斷——從 50 A（過流）到 0 A（保護關(guān)斷）——可以在幾十納秒內(nèi)發(fā)生，并導致大電流瞬變 (di/dt)，如公式 1 所示：

該電流將作為能量被困在輸入端的走線或?qū)Ь€電感中。盡管走線電感可能很低，約為 10 nH，但仍會根據(jù)公式 2 在熱插拔控制器的輸入端產(chǎn)生浪涌：

-50V 浪涌將與輸入電源串聯(lián)，并有效地在輸入軌上產(chǎn)生一個正電壓尖峰，通常會超過熱插拔控制器 IC或金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管的額定電壓（ MOSFET) 漏源電壓 (V DS )（見圖 1）。為防止出現(xiàn)這種電壓浪涌，您可以在輸入端放置一個 TVS，將電感中的能量直接轉(zhuǎn)移到地。TVS 的最佳放置將在輸入上的任何串聯(lián)電感之后（例如在保險絲之后）。

圖 1：熱插拔控制器關(guān)閉后的感應(yīng)反沖。在正常操作期間，電感器兩端的電壓 V L之前為 0 V；快速電流關(guān)斷后，VL 等于 50 V 并將串聯(lián)添加到輸入電源

4.如何選擇 TVS 二極管？

為熱插拔應(yīng)用選擇 TVS 二極管的最簡單方法是選擇滿足以下三個標準的二極管：

（1）電壓擊穿 V BR大于最大電源輸入電壓。

（2）鉗位電壓 V C低于熱插拔控制器 IC 或 MOSFET V DS的絕對最大額定值。

（3）峰值脈沖電流額定值 I PP高于熱插拔控制器將關(guān)閉的峰值電流。如果輸出短路且熱插拔控制器關(guān)閉，則此最壞情況值通常是可見的電流。要使用的準確值是實際原型板上的峰值電流測量值，對輸出應(yīng)用實際短路。

（4）在規(guī)定的脈沖持續(xù)時間內(nèi)，TVS的最大峰值脈沖功耗PM必須大于被保護電路內(nèi)可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率。在確定了最大鉗位電壓后，其峰值脈沖電流應(yīng)大于瞬態(tài)浪涌電流。

（5）對于數(shù)據(jù)接口電路的保護，還必須注意選取具有合適電容C的TVS器件。

（6）根據(jù)用途選用TVS的極性及封裝結(jié)構(gòu)。交流電路選用雙極性TVS較為合理；多線保護選用TVS陣列更為有利。

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