21课、瞬态二极管的（TVS）的实际应用

瞬态二极管的（TVS）的实际应用，瞬态二极管（TVS）与其他的器件相比，通流容量很小，但响应速度很快，意味着它的残压很低，所以一般在需要防护等级高或者后级器件耐压低场合，Tvs都是作为两级保护电路的次级出现。

21、瞬态二极管的（TVS）的实际应用

• 回顾
  • TVS选型时，需要大家关注的参数有关断电压，响应电压，箝位电压，通流容量，寄生电容
  • 1、关断电压，指 TVS不工作的电压，电路工作电压，一定要小于关断电压，否则，工作电让TVS相应了
  • 2、响应电压，是TVS正式导通的电压，在这个电压时，TVS反向击穿，完全导通。
    • 直流电源，反向击穿电压约等于(1.8-2)Udc，Udc为回路中直流工作电压。
    • 信号电路，反向击穿电压约等于（1.2-1.5）Umax，Umax为信号回路的峰值电压
  • 3、箝位电压，是 TVS工作后把电压箝位到的一个水平，这个电压，一定要小于后级保护器件的耐压，所以，确定箝位电压的时候，要把后级器件的耐压先确定出来
  • 4、通流容量，也就是 TVS能承受的最大的脉冲峰值电流，这个，需要根据浪涌要求进行设计，后面会讲
  • 5、最后，结电容，高速电路，电容会影响信号质量，这个电容的选择方式，待会讲
  • 概要
    • 1、确定被保护电路的最大直流或连续工作电压
    • 2、确保TVS的额定反向关断电压VRWM应大于或等于被保护电路的最大工作电压
    • 3、TVS的最大反向箝位电压VC应小于被保护电路的损坏电压；
    • 4、根据线路上可能出现的最大浪涌电流及波形计算来选择合适脉冲峰值电流IPP
    • 5、对于数据接口电路的保护，还必须注意选取具有合适电容C的TVS器件
    • TVS参数选择推荐表，横轴频率，纵轴电容，红色线是代表电容的限值
• ESD二极管
  • 对于应用于频率较高的电子系统保护来说，寄生电容可以畸变系统正常传输的信号，因此必须设法减小TVS管子的寄生电容 ESD二极管，就是一种低结电容的 TVS 二极管，其原理通过 TVS管串连普通二极管，串联后其防护电路的电容将会有大幅度降低
  • 等效模型
  • 具体模型
    • • 对于正向浪涌，TVS反向击穿，二极管正向导通。
      • 负向浪涌道理一样，只不过，电流方向不一样。
    • 其他模型
  • 整流桥式
    • 可以用来线线， 或者线地保护。
      • 正向的浪涌电流路径
      • 反向的浪涌电流，线地保护也可以
      • 直接一端接地，就是线地保护了
  • 总结
    • ESD器件，和TVS没啥区别，就是结电容低，另外响应速度也更快
• 单向和双向TVS应用
  • 单向TVS
    • 直流电源和单端信号用的单向，交流电源和差分信号都用的双向
    • 看这个图，对于我们直流电源里面使用的单向TVS，按道理，正向浪涌，TVS反向击穿，是TVS原理！ 那么，反向浪涌呢？在反向浪涌情况，大家看二极管特性，硅管正向0.7V电压导通！所以，反向浪涌，二极管原理，大于0.7V电压，同样导通，电压箝位到0.7V。
    • 总结：单向 TVS，正向和反向都能防护，原理不同，一个是反向击穿特性，一个是正向导通特性
• 总结
  • 前面我们讲过，GDT，MOV，这类器件通流容量很大，TVS 相比这两类器件，通流容量很小，但 TVS响应速度又很快，意味着它的残压很低，所以，一般，在需要防护等级高或者后级器件耐压低场合，TVS都是作为两级保护电路的次级出现
  • 防护等级低或者仅作静电保护，只用 TVS 保护就可以，但 2KV以上浪涌防护，一般都使用两级防护，两级防护，TVS 响应快，中间设计退耦器件，给 TVS 分压，不至于损坏TVS。
• 示例
  • 现象
    • 有位海归博士，带着它的产品来到我们单位，博士说，产品做静电过不了，以前能过的，因为要过安规，改板时电源口加了个隔离变压器，其他都没有变，此时 EMC就过不了了。
  • 分析
    • 拆看看来下，TYPE-C接口，没有防护电路，这个时候，静电怎么过？ 图示见上，没有防护器件，在接口做空气放电，强大的瞬态电磁场，耦合到芯线，直接进入单板，此时，讲增大EMC问题的风险，所以，IO接口肯定要做防护，将静电从接口导走，回到源头。
    • 这是接口有防护时静电电流流向，可以看出来，静电电流不会流入单板电路，基于这个思路，直接在接口，加了三个对地的TVS，测试一把过
  • 结果
    • 原理图里面用二极管符号代替了，这就是瞬态抑制二极管进行电路保护的原理。