TVS-val: hållspänning, klämspänning, ström, kapacitans
En TVS väljs utifrån fyra tal, och ordningen spelar roll. Får du hållspänningen fel leder den i normal drift; får du klämspänningen fel skyddar den ingenting.
Snabbsvar
- VRWM(hållspänning) måste ligga över den maximala kontinuerliga spänningen, inklusive tolerans och rippel.
- VC(klämspänning) vid din transientström måste vara under den skyddade IC:ns absoluta maximivärde.
- IPPmåste överstiga transientströmmen för den standard du testar enligt.
- Kapacitansmåste passa signalen: hundratals pF på strömförsörjningen, under några få pF på höghastighetsdata.
1. De fyra talen
| Parameter | Regel | Fel leder till haveri |
|---|---|---|
| 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. Klämspänningen är en kurva, inte ett tal
VCL(I) ~ VBR + Rd x I Exempel: 8 kV ESD-kontakt -> cirka 24 A VBR 6.1 V, Rd 1 ohm -> VCL ~ 30 V vid komponenten
Det är därför som "klämspänning 12 V" i ett datablad inte betyder att IC:n ser 12 V under en 8 kV-stöt. IC:n ser klämman plus det induktiva spänningsfallet i ledningsbanan mellan dem – vilket är argumentet för att placera TVS:en vid kontaktdonet.
Dynamisk resistans är det användbara värdet för extrapolering. En komponent med 0.5 Ω adderar 12 V vid 24 A; en komponent med 1.5 Ω adderar 36 V. Två komponenter med samma angivna klämspänning kan bete sig mycket olika vid en verklig stöt.
3. Välj standarden först
| Test | Typisk nivå | TVS-karaktäristik |
|---|---|---|
| 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. Ett genomräknat urval
5 V-matning med ±5 % tolerans och 100 mV rippel: maximal kontinuerlig spänning är cirka 5.35 V. Välj en komponent med VRWM på minst 5.5–6 V. Den skyddade IC:n har ett absolut maximum på 6.5 V; TVS:en måste klämma under detta vid den förväntade överspänningsströmmen, vilket för ESD innebär att man kontrollerar kurvan vid 20–30 A, inte vid 1 A.
Den kombinationen är ofta omöjlig med en liten SMD-TVS vid 5 V: klämspänningen vid 24 A kan vara 15–20 V, långt över det absoluta maximumet på 6.5 V. Det realistiska svaret är att TVS:en begränsar energin och IC:ns egen ESD-struktur hanterar resten — vilket är anledningen till att systemnivåtestning är viktigare än databladets aritmetik.
Ett andra exempel, 24 V industriingång: maximal kontinuerlig spänning kanske 26.4 V med tolerans. Välj VRWM 26–28 V och kontrollera klämspänningen vid överspänningsströmmen för din testnivå — en 4 kV-transient kan driva tiotals ampere, och den resulterande klämspänningen kan överskrida den nedströms regulatorkretsens 40 V-märkvärde. Det är fallet för en tvåstegskonstruktion: en högenergikomponent vid kontaktdonet plus en komponent med lägre klämspänning efter en serieimpedans.
| Matningsskena | Typisk VRWM | Klocka |
|---|---|---|
| 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 kontra alternativen
En varistor absorberar mer energi men är långsammare och kapacitiv; en zenerdiod klipper spänningen exakt men klarar lite energi; en polymersuppressor är liten och snabb men begränsad. För en effektingång är en TVS plus en säkring eller eFuse den vanliga kombinationen; för höghastitetsdata, en array med låg kapacitans.
6. Layout
- Placera TVS:en vid kontaktdonet, före eventuella serieelement.
- Jorda med kort, bred koppar och flera vior — inte en tunn ledningsbana.
- Håll den skyddade ledningsbanan kort; varje millimeter ökar induktansen.
- Dra inte överspänningsvägen genom IC-kretsens jord.
För pinnivålayouten för en USB-port,USBLC6 ESD-guidegår igenom samma placering med nummer.
6b. Urvalschecklista
| Steg | Godkänt |
|---|---|
| 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 en enda TVS skydda både strömförsörjning och data?
Sällan väl. Strömförsörjning kräver energihantering; data kräver låg kapacitans. Använd en array för data och en separat komponent för matningsskenan.
Varför leder min 5 V-TVS vid 5 V?
VRWM är en spärrspänning, inte en klämspänning. En komponent märkt 5 V kan börja leda nära 6 V, och en matningsskena med tolerans kan nå den. Välj nästa spänningssteg uppåt.
Är en lägre klämspänning alltid bättre?
Inte om det kostar kapacitans eller energihanteringsförmåga. Anpassa klampen till IC:ns absoluta maxvärde, inte till det lägsta tillgängliga värdet.
Behöver jag en säkring tillsammans med en TVS?
För en matningsingång, vanligtvis ja. TVS:en klämmer transienten; säkringen eller eFuse begränsar följdströmmen.
Hur testar jag det?
Systemnivåtester enligt IEC vid kontakten, med kabeln och kapslingen. Klassningar på enhetsnivå garanterar inte systemresultat.
Vad är toppulseffekt?
Det är den kortvariga effekt som komponenten kan absorbera, vanligtvis specificerad med en 8/20 µs-vågform. Det är inte samma sak som kontinuerlig dissipation; läs deratingkurvan.
Spelar kapacitansen roll för en långsam signal?
Endast om källimpedansen är hög. På en 100 kHz I2C-buss med 4.7 kΩ pull-ups är några hundra pF redan märkbart.
8. Källor
- IEC 61000-4-2 / -4-4 / -4-5 — standarder för ESD-, EFT- och surgeprovning.
- TVS-datablad — VRWM, VBR, VC vid IPP, kapacitans, topppulseffekt.
- Applikationsnoter om val av TVS och layout (Littelfuse, Bourns, ON Semiconductor).
Välja TVS?
Skicka matningsspänningen, standarden du måste uppfylla och signalhastigheten. Vi snävar in det till en komponent och en placering.
