TVS-selectie: stand-offspanning, klemspanning, stroom, capaciteit
Een TVS wordt gekozen op basis van vier getallen, en de volgorde is belangrijk. Kies je de stand-offspanning verkeerd, dan geleidt hij bij normaal bedrijf; kies je de klemspanning verkeerd, dan beschermt hij niets.
Kort antwoord
- VRWM(stand-offspanning) moet boven de maximale continue spanning liggen, inclusief tolerantie en rimpel.
- VC(clamp) bij uw stootstroom moet lager zijn dan het absolute maximum van de beschermde IC.
- IPPmoet groter zijn dan de stootstroom volgens de norm waarvoor u test.
- Capaciteitmoet bij het signaal passen: honderden pF op voeding, minder dan een paar pF op hogesnelheidsdata.
1. De vier getallen
| Parameter | Regel | Storing indien fout |
|---|---|---|
| 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. Klemspanning is een curve, geen getal
VCL(I) ~ VBR + Rd x I Voorbeeld: 8 kV ESD contact -> ongeveer 24 A VBR 6.1 V, Rd 1 ohm -> VCL ~ 30 V op het component
Daarom betekent 'clamping voltage 12 V' op een datasheet niet dat de IC tijdens een 8 kV-stoot 12 V ziet. De IC ziet de clamp plus de inductieve spanningsval van de trace ertussen — wat het argument is om de TVS bij de connector te plaatsen.
Dynamische weerstand is de nuttige waarde voor extrapolatie. Een component met 0.5 Ω voegt 12 V toe bij 24 A; een component met 1.5 Ω voegt 36 V toe. Twee componenten met dezelfde opgegeven klemspanning kunnen zich onder een echte stoot heel anders gedragen.
3. Kies eerst de norm
| Test | Typisch niveau | TVS-karakteristiek |
|---|---|---|
| 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. Een uitgewerkte selectie
5 V-rail met ±5 % tolerantie en 100 mV rimpel: maximaal continu is ongeveer 5,35 V. Kies een onderdeel met VRWM van ten minste 5,5–6 V. De beschermde IC heeft een absoluut maximum van 6,5 V; de TVS moet daaronder klemmen bij de verwachte surge-stroom, wat voor ESD betekent dat de curve bij 20–30 A moet worden gecontroleerd, niet bij 1 A.
Die combinatie is vaak onmogelijk met een kleine SMD-TVS bij 5 V: de klemspanning bij 24 A kan 15–20 V zijn, ruim boven het absolute maximum van 6,5 V. Het realistische antwoord is dat de TVS de energie begrenst en dat de eigen ESD-structuur van de IC het restant afhandelt — daarom is testing op systeemniveau belangrijker dan het rekenwerk op basis van de datasheet.
Een tweede voorbeeld, 24 V industriële ingang: maximaal continu misschien 26,4 V met tolerantie. Kies VRWM 26–28 V en controleer de klemspanning bij de surge-stroom voor uw testniveau — een 4 kV-surge kan tientallen ampères leveren, en de resulterende klemspanning kan de 40 V-specificatie van de downstream-regulator overschrijden. Dat pleit voor een tweetrapsontwerp: een hoogenergetisch onderdeel bij de connector plus een onderdeel met lagere klemspanning na een serie-impedantie.
| Voedingsrail | Typische VRWM | Let op |
|---|---|---|
| 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. TVS versus de alternatieven
Een varistor absorbeert meer energie maar is langzamer en capacitief; een zener klemt nauwkeurig maar verwerkt weinig energie; een polymere suppressor is klein en snel maar beperkt. Voor een voedingsingang is een TVS plus een zekering of eFuse de gebruikelijke combinatie; voor hogesnelheidsdata een array met lage capaciteit.
6. Layout
- Plaats de TVS bij de connector, vóór elk serie-element.
- Mas met kort, breed koper en meerdere vias — geen dunne trace.
- Houd het beschermde spoor kort; elke millimeter voegt inductantie toe.
- Leid het overspanningspad niet via de massa van de IC.
Voor de lay-out op pinniveau van een USB-poort, deUSBLC6 ESD-gidsbehandelt dezelfde plaatsing met nummers.
6b. Selectiechecklist
| Stap | Geslaagd |
|---|---|
| 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
Kan één TVS zowel voeding als data beschermen?
Zelden goed. Voeding vereist energieafhandeling; data vereist lage capaciteit. Gebruik een array voor data en een apart onderdeel voor de rail.
Waarom geleidt mijn 5 V TVS bij 5 V?
VRWM is een blokkeerspanning, geen klemspanning. Een onderdeel met een nominale waarde van 5 V kan bij ongeveer 6 V beginnen te geleiden, en een rail met tolerantie kan dat bereiken. Kies de eerstvolgende hogere spanning.
Is een lagere klemspanning altijd beter?
Niet als dat ten koste gaat van capaciteit of energieverwerkingsvermogen. Stem de clamp af op de absolute maximumwaarde van de IC, niet op de laagste beschikbare waarde.
Heb ik een zekering nodig bij een TVS?
Voor een voedingsingang meestal wel. De TVS begrenst de transiënt; de zekering of eFuse beperkt de navolgende stroom.
Hoe test ik het?
IEC-tests op systeemniveau bij de connector, met de kabel en behuizing. Specificaties op apparaatniveau garanderen geen systeemresultaten.
Wat is piekpulsvermogen?
Het is het kortstondige vermogen dat het onderdeel kan absorberen, meestal gespecificeerd met een 8/20 µs-golfvorm. Het is niet hetzelfde als continue dissipatie; lees de deratingcurve.
Maakt capaciteit uit bij een langzaam signaal?
Alleen als de bronimpedantie hoog is. Op een I2C-bus van 100 kHz met pull-ups van 4.7 kΩ is een paar honderd pF al zichtbaar.
8. Bronnen
- IEC 61000-4-2 / -4-4 / -4-5 — ESD-, EFT- en surge-testnormen.
- TVS-datasheets — VRWM, VBR, VC bij IPP, capaciteit, piek-pulsvermogen.
- Applicatienota's over TVS-selectie en -layout (Littelfuse, Bourns, ON Semiconductor).
Een TVS kiezen?
Stuur de railspanning, de norm waaraan u moet voldoen en de signaalsnelheid. Wij beperken het tot een onderdeel en een plaatsing.
