TVS 선택: 스탠드오프, 클램프, 전류, 커패시턴스
TVS는 네 가지 수치로 선택하며 순서가 중요합니다. 스탠드오프를 잘못 선택하면 정상 동작에서 도통되고, 클램프를 잘못 선택하면 아무것도 보호하지 못합니다.
빠른 답변
- VRWM(스탠드오프)는 허용오차와 리플을 포함한 최대 연속 전압보다 높아야 합니다.
- VC(클램프) 값은 서지 전류에서 보호 대상 IC의 절대 최대값보다 낮아야 합니다.
- IPP은(는) 테스트 중인 표준의 서지 전류를 초과해야 합니다.
- 커패시턴스은(는) 신호에 적합해야 합니다: 전원에서는 수백 pF, 고속 데이터에서는 몇 pF 미만.
1. 네 가지 수치
| 파라미터 | 규칙 | 잘못되면 고장 |
|---|---|---|
| VRWM | Above rail max, with margin | Leaks or conducts in normal use |
| VBR | Above VRWM; sets conduction point | Clamps too early or too late |
| VC at IPP | Below IC absolute maximum | IC dies with the TVS intact |
| C | Fits the signal budget | Eye closure on high-speed links |
2. 클램프 전압은 숫자가 아니라 곡선입니다
VCL(I) ~ VBR + Rd x I 예: 8 kV ESD 접촉 -> 약 24 A VBR 6.1 V, Rd 1 ohm -> 부품에서 VCL ~ 30 V
데이터시트의 "클램핑 전압 12 V"가 8 kV 스트라이크 동안 IC가 12 V를 본다는 뜻은 아닙니다. IC는 클램프 전압에 더해 그 사이 트레이스의 유도성 강하를 겪습니다 — 이것이 TVS를 커넥터에 배치해야 하는 근거입니다.
동적 저항은 외삽에 유용한 수치입니다. 0.5 Ω 소자는 24 A에서 12 V를 추가하고, 1.5 Ω 소자는 36 V를 추가합니다. 대표 클램프 전압이 같은 두 소자도 실제 타격에서는 매우 다르게 동작할 수 있습니다.
3. 표준을 먼저 선택하십시오
| 테스트 | 일반적인 수준 | TVS 특성 |
|---|---|---|
| ESD (61000-4-2) | ±8 kV contact | Fast response, low capacitance |
| EFT (61000-4-4) | ±2 kV bursts | Repeated pulses, thermal |
| Surge (61000-4-5) | 0.5–4 kV | High energy, larger package |
4. 실제 선정 사례
±5 % 공차와 100 mV 리플을 갖는 5 V 레일: 최대 연속 전압은 약 5.35 V입니다. VRWM이 최소 5.5–6 V인 부품을 선택하십시오. 보호 대상 IC의 절대 최대 정격은 6.5 V입니다. TVS는 예상 서지 전류에서 그보다 낮게 클램프해야 하며, ESD의 경우 이는 1 A가 아니라 20–30 A에서 곡선을 확인해야 함을 의미합니다.
그 조합은 5 V의 소형 SMD TVS로는 종종 불가능합니다. 24 A에서의 클램프 전압은 15–20 V일 수 있어 6.5 V 절대 최대 정격을 훨씬 초과합니다. 현실적인 해답은 TVS가 에너지를 제한하고 IC 자체의 ESD 구조가 잔여분을 처리한다는 것이며, 이는 데이터시트 계산보다 시스템 레벨 테스트가 더 중요하다는 이유입니다.
두 번째 예시는 24 V 산업용 입력입니다. 공차를 고려한 최대 연속 전압은 아마 26.4 V입니다. VRWM 26–28 V를 선택하고, 테스트 레벨에 대한 서지 전류에서 클램프를 확인하십시오. 4 kV 서지는 수십 암페어를 흘릴 수 있으며, 그에 따른 클램프 전압은 다운스트림 레귤레이터의 40 V 정격을 초과할 수 있습니다. 이것이 2단 설계가 필요한 경우입니다. 커넥터에 고에너지 부품을 두고 직렬 임피던스 뒤에 더 낮은 클램프 부품을 두는 방식입니다.
| 레일 | 일반적인 VRWM | 주의 |
|---|---|---|
| 3.3 V | 3.6–5 V | Low clamp vs 3.3 V IC abs max |
| 5 V | 5.5–6.5 V | Tolerance + ripple can reach VRWM |
| 12 V | 13–15 V | Load dump if automotive |
| 24 V | 26–30 V | Clamp vs regulator rating |
5. TVS와 대안 비교
바리스터는 더 많은 에너지를 흡수하지만 느리고 커패시티브합니다. 제너는 정밀하게 클램프하지만 처리할 수 있는 에너지가 적습니다. 폴리머 서프레서는 작고 빠르지만 제한적입니다. 전원 입력의 경우 TVS에 퓨즈 또는 eFuse를 더하는 것이 일반적인 조합이며, 고속 데이터의 경우 저커패시턴스 어레이가 사용됩니다.
6. 레이아웃
- TVS를 커넥터에, 직렬 요소 앞에 배치하십시오.
- 얇은 트레이스가 아닌 짧고 넓은 구리와 다수의 비아로 접지하십시오.
- 보호되는 트레이스를 짧게 유지하십시오. 1밀리미터마다 인덕턴스가 증가합니다.
- 서지 경로가 IC의 접지를 통과하도록 라우팅하지 마십시오.
USB 포트의 핀 레벨 레이아웃에 대해서는,USBLC6 ESD 가이드가 동일한 배치를 숫자와 함께 설명합니다.
6b. 선택 체크리스트
| 단계 | 통과 |
|---|---|
| VRWM | Above rail maximum with margin |
| Clamp at test current | Below IC absolute maximum |
| Peak pulse power | Above the standard's level |
| Capacitance | Within the signal budget |
| Leakage | Below the system's standby allowance |
| Layout | At connector, short ground |
7. FAQ
TVS 하나로 전원과 데이터를 모두 보호할 수 있나요?
잘 되기는 거의 어렵습니다. 전원은 에너지 처리 능력이 필요하고, 데이터는 낮은 커패시턴스가 필요합니다. 데이터에는 어레이를 사용하고 전원 레일에는 별도 부품을 사용하세요.
5 V TVS가 왜 5 V에서 도통하나요?
VRWM은 스탠드오프 전압이지 클램프가 아닙니다. 5 V 정격 부품은 6 V 근처에서 도통하기 시작할 수 있으며, 허용 오차가 있는 레일은 그 전압에 도달할 수 있습니다. 한 단계 높은 전압을 선택하세요.
낮은 클램프가 항상 더 좋나요?
커패시턴스나 에너지 처리 능력을 희생한다면 아닙니다. 클램프는 사용 가능한 가장 낮은 수치가 아니라 IC의 절대 최대 정격에 맞추십시오.
TVS와 함께 퓨즈가 필요한가요?
전원 입력의 경우 보통 필요합니다. TVS는 과도 현상을 클램프하고, 퓨즈 또는 eFuse는 후속 전류를 제한합니다.
어떻게 테스트하나요?
커넥터에서 케이블과 인클로저를 포함한 시스템 수준 IEC 테스트를 수행합니다. 디바이스 수준 정격은 시스템 결과를 보장하지 않습니다.
피크 펄스 전력이란 무엇인가요?
이는 부품이 흡수할 수 있는 단시간 전력으로, 일반적으로 8/20 µs 파형으로 규정됩니다. 연속 소산과는 다르므로 정격 감소 곡선을 확인하십시오.
느린 신호에서도 커패시턴스가 중요합니까?
소스 임피던스가 높을 때만 그렇습니다. 4.7 kΩ 풀업이 있는 100 kHz I2C 버스에서는 수백 pF만 되어도 이미 영향을 볼 수 있습니다.
8. 출처
- IEC 61000-4-2 / -4-4 / -4-5 — ESD, EFT 및 서지 시험 표준.
- TVS 데이터시트 — VRWM, VBR, IPP에서의 VC, 커패시턴스, 피크 펄스 전력.
- TVS 선택 및 레이아웃에 관한 애플리케이션 노트(Littelfuse, Bourns, ON Semiconductor).
TVS를 선택하시겠습니까?
레일 전압, 통과해야 하는 표준 및 신호 속도를 보내주세요. 부품과 배치로 좁혀드리겠습니다.
