TVS管的功率計算和范圍使用

TVS管的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

①擊穿（導通）前相當于開路，電阻很大，沒有漏電流或漏電流很小；

②擊穿（導通）后相當于短路，可通過很大的電流，壓降很小；

③具有雙向對稱特性。

④響應速度都很快，ns級。

⑤擊穿電壓一致性好。

缺點：

①通流量較小，只有幾百A。

②擊穿電壓只有若干特定值。

③電容較大，有幾十至幾百pF

TVS管有單向與雙向之分

TVS管有單向與雙向之分（單向的型號后面的字母為“A”，雙向的為“CA”），單向TVS管的特性與穩(wěn)壓二極管TVS管使用時，一般并聯(lián)在被保護電路上。為了限制流過TVS管的電流不超過管子允許通過的峰值電流IPP，應在線路上串聯(lián)限流元件，如電阻、自恢復保險絲、電感等。相似，雙向TVS管的特性相當于兩個穩(wěn)壓二極管反向串聯(lián)。

TVS管的功率如何計算_TVS管的使用范圍  

TVS管工作原理

器件并聯(lián)于電路中，當電路正常工作時，它處于截止狀態(tài)（高阻態(tài)），不影響線路正常工作，當電路出現(xiàn)異常過壓并達到其擊穿電壓時，它迅速由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)，給瞬間電流提供低阻抗導通路徑，同時把異常高壓箝制在一個安全水平之內，從而保護被保護IC或線路；當異常過壓消失，其恢復至高阻態(tài)，電路正常工作。

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?？捎糜诜览讚?、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二極管可以很方便地與其它器件集成在一個芯片上，現(xiàn)有很多將EMI過濾和RFI防護等功能與TVS管集成在一起的器件，不但減少設計所采用的器件數(shù)目降低成本，而且也避免PCB板上布線時易誘發(fā)的伴生自感。

從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。 TVS的反應速度絕對比RC回路快的多，抑制反向的用單向TVS， 有交流的用雙向TVS。

TVS管的功率計算

TVS管的功率如何計算_TVS管的使用范圍

上圖是常見的汽車電源部分的原理圖，分別是防反接模塊和LDO模塊，我們的客戶要求ISO7637-2脈沖5為40V/400ms，內阻2歐姆，我開始時用的SMBJ20CA，結果TVS管被燒毀，后改成SMBJ36CA，現(xiàn)在可以過ISO7637-2脈沖5。

問題：

1）TLE42644G的輸入電壓最大40V，SMBJ36CA的Vbrmin=40V， Vrsm=58.1V，在上述模塊中我認為SMBJ36CA沒有起到任何作用，按TVS管的選型標準，此刻我應選擇符合Vrsm＜40V和Vbrmin＞18V（電源電壓）的TVS管，但不知要承受客戶要求的400ms的TVS管功率該如何計算？

2）若客戶無特殊要求，按ISO7637-2脈沖5的標準我是否需要選取能承受輸入電壓高的LDO？這樣可以選擇高電壓的TVS管，減小TVS管上的功耗？

TVS管的功率如何計算_TVS管的使用范圍

這個脈沖的能量是最大的，TVS起到的作用，是將電壓穩(wěn)定在一定的范圍之內。

TVS管的功率如何計算_TVS管的使用范圍

我在書里面的計算方法，是將TVS等效成一個可變電阻，在整個過程中，將加在上面的最大的功率給核算出來。

實質上，我在書里面可能膚淺了些，這里針對us級別的脈沖，核算靜態(tài)功率，因為這個的失效機理屬于瞬間的熱失效；而針對這種40ms～400ms的，可以首先計算兩個最終的阻抗：

對于SMBJ20CA而言：

第一階段，此時TVS的電阻無窮大，電壓很快上升至22.2～24.5V，TVS管開始擊穿

第二階段，TVS的電壓上升，其阻抗開始下降，整個過程中，電壓上升至32.4V，此時等效電阻為1.74Ohm，電流為10.7A，這是最高的電流

第三階段，TVS管的電壓開始下降，阻抗變大，電壓在一個穩(wěn)定的范圍內，這個穩(wěn)態(tài)值可以用迭代的方法進行計算，在書中的線性的方法其實是一種假設。為了計算方便，我們假定這里穩(wěn)定的電壓就是24.5V+2V，此時的電阻為4Ohm，功率為175W.毫無懸念，這是肯定要被燒掉的。

因此大多數(shù)的車子，都在努力在發(fā)電機那塊加入中央抑制器，將脈沖能量直接直接吸收，這里不能使用表貼的了。而且上方的大多數(shù)元件，需要能夠承受40V的耐壓值了。

SMBJ36CA，承受的能量是非常有限的，所以不會燒毀，但是整個后級系統(tǒng)就承受了很大的電壓。

TVS管的功率如何計算_TVS管的使用范圍

所以這里最好是采用仿真的方法去進行確認，如圖所示：

TVS管的功率如何計算_TVS管的使用范圍

脈沖的產生機理：在斷開電池的同時，交流發(fā)電機正在產生充電電流對蓄電池充電，而發(fā)電機電路上仍有其它負載時產生的瞬態(tài) Pulse 5 is a simulation of a load dump transient occurring in the event of a discharged battery being disconnected while the alternator is generating charging current with other loads remaining on the alternator circuit at this moment。

TVS管的功率如何計算_TVS管的使用范圍

TVS管的使用范圍

1、RS232/RS422/RS485分界面卡

2、XDSL和ISDN、HDSL傳輸設備

3、用戶前端設備，如：電話、調制解調器等

4、Centralofficelinecards

5、T1/E1

6、PBX和其它交換設備

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