การเลือก TVS: แรงดันสแตนด์ออฟ, แรงดันแคลมป์, กระแส, คาปาซิแตนซ์
TVS ถูกเลือกด้วยตัวเลขสี่ค่า และลำดับมีความสำคัญ หากเลือกแรงดันสแตนด์ออฟผิด มันจะนำกระแสในสภาวะการทำงานปกติ; หากเลือกแรงดันแคลมป์ผิด มันจะไม่ป้องกันอะไรเลย
คำตอบสั้น
- VRWM(แรงดันสแตนด์ออฟ) ต้องสูงกว่าแรงดันต่อเนื่องสูงสุด รวมถึงค่าความคลาดเคลื่อนและริปเปิล
- VC(clamp) ที่กระแสเซิร์จของคุณต้องต่ำกว่าค่าสูงสุดสัมบูรณ์ของ IC ที่ได้รับการป้องกัน
- IPPต้องสูงกว่ากระแสเซิร์จตามมาตรฐานที่คุณกำลังทดสอบ
- ค่าความจุต้องเหมาะสมกับสัญญาณ: หลายร้อย pF สำหรับไฟเลี้ยง และต่ำกว่าสองสาม pF สำหรับข้อมูลความเร็วสูง
1. ตัวเลขทั้งสี่
| พารามิเตอร์ | กฎ | ล้มเหลวหากผิด |
|---|---|---|
| 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. แรงดันแคลมป์เป็นเส้นโค้ง ไม่ใช่ตัวเลข
VCL(I) ~ VBR + Rd x I ตัวอย่าง: ESD แบบสัมผัส 8 kV -> ประมาณ 24 A VBR 6.1 V, Rd 1 ohm -> VCL ~ 30 V ที่ตัวอุปกรณ์
นั่นคือเหตุผลว่าทำไม "แรงดัน clamping 12 V" ในเอกสารข้อมูลจึงไม่ได้หมายความว่า IC จะเห็น 12 V ระหว่างการเกิด ESD 8 kV IC จะเห็นแรงดัน clamp บวกกับแรงดันตกแบบเหนี่ยวนำของเส้นทางเดินระหว่างกัน — ซึ่งเป็นเหตุผลที่ควรวาง TVS ไว้ที่ตัวเชื่อมต่อ
ความต้านทานไดนามิกเป็นค่าที่มีประโยชน์สำหรับการประมาณค่า ตัวอุปกรณ์ที่มี 0.5 Ω จะเพิ่ม 12 V ที่ 24 A; ตัวอุปกรณ์ที่มี 1.5 Ω จะเพิ่ม 36 V อุปกรณ์สองตัวที่มีค่า clamp ที่ระบุไว้เท่ากันอาจทำงานแตกต่างกันมากภายใต้การเกิดสัญญาณจริง
3. เลือกมาตรฐานก่อน
| ทดสอบ | ระดับทั่วไป | คุณลักษณะของ TVS |
|---|---|---|
| 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. ตัวอย่างการเลือกที่คำนวณจริง
ราง 5 V ที่มีค่าคลาดเคลื่อน ±5 % และริปเปิล 100 mV: ค่าสูงสุดต่อเนื่องอยู่ที่ประมาณ 5.35 V เลือกชิ้นส่วนที่มี VRWM อย่างน้อย 5.5–6 V IC ที่ได้รับการป้องกันมีค่าสูงสุดสัมบูรณ์ที่ 6.5 V; TVS ต้องแคลมป์ให้ต่ำกว่านั้นที่กระแสเซิร์จที่คาดไว้ ซึ่งสำหรับ ESD หมายถึงการตรวจสอบเส้นโค้งที่ 20–30 A ไม่ใช่ที่ 1 A
การรวมกันนั้นมักเป็นไปไม่ได้กับ TVS แบบ SMD ขนาดเล็กที่ 5 V: แรงดันแคลมป์ที่ 24 A อาจอยู่ที่ 15–20 V ซึ่งสูงกว่าค่าสูงสุดสัมบูรณ์ 6.5 V มาก คำตอบที่สมจริงคือ TVS จำกัดพลังงาน และโครงสร้าง ESD ของ IC เองจัดการส่วนที่เหลือ — ซึ่งเป็นเหตุผลว่าการทดสอบระดับระบบจึงสำคัญกว่าการคำนวณจาก datasheet
ตัวอย่างที่สอง อินพุตอุตสาหกรรม 24 V: ค่าสูงสุดต่อเนื่องอาจเป็น 26.4 V เมื่อรวมค่าคลาดเคลื่อน เลือก VRWM 26–28 V และตรวจสอบแรงดันแคลมป์ที่กระแสเซิร์จสำหรับระดับการทดสอบของคุณ — เซิร์จ 4 kV อาจดันกระแสได้ถึงหลายสิบแอมแปร์ และแรงดันแคลมป์ที่ได้อาจเกินพิกัด 40 V ของเรกูเลเตอร์ปลายทาง นั่นคือกรณีสำหรับการออกแบบสองขั้น: ชิ้นส่วนพลังงานสูงที่คอนเนกเตอร์ บวกกับชิ้นส่วนที่แคลมป์ต่ำกว่าหลังอิมพีแดนซ์อนุกรม
| รางไฟ | VRWM ทั่วไป | รับชม |
|---|---|---|
| 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 เทียบกับตัวเลือกอื่น
วาริสเตอร์ดูดซับพลังงานได้มากกว่าแต่ตอบสนองช้ากว่าและมีลักษณะเป็นคาปาซิทีฟ; ซีเนอร์คล램ป์แรงดันได้แม่นยำแต่รองรับพลังงานได้น้อย; ซัพเพรสเซอร์พอลิเมอร์มีขนาดเล็กและเร็วแต่มีข้อจำกัด สำหรับอินพุตกำลังไฟฟ้า โดยทั่วไปใช้ TVS ร่วมกับฟิวส์หรือ eFuse; สำหรับข้อมูลความเร็วสูง ใช้อาร์เรย์ค่าความจุไฟฟ้าต่ำ
6. เลย์เอาต์
- วาง TVS ไว้ที่คอนเนกเตอร์ ก่อนองค์ประกอบต่ออนุกรมใด ๆ
- ต่อกราวด์ด้วยทองแดงที่สั้นและกว้างพร้อมวีแอหลายตัว — ไม่ใช่แทร็กบาง
- ทำให้แทร็กที่ได้รับการป้องกันสั้นไว้; ทุกมิลลิเมตรจะเพิ่มความเหนี่ยวนำ
- ห้ามเดินเส้นทางเซิร์จผ่านกราวด์ของ IC
สำหรับเลย์เอาต์ระดับพินของพอร์ต USB นั้นคู่มือ USBLC6 ESDอธิบายการจัดวางตำแหน่งเดียวกันพร้อมตัวเลข
6b. รายการตรวจสอบการเลือก
| ขั้นตอน | ผ่าน |
|---|---|
| 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. คำถามที่พบบ่อย
TVS ตัวเดียวป้องกันทั้งไฟเลี้ยงและข้อมูลได้หรือไม่
แทบจะไม่ดีเลย ไฟเลี้ยงต้องรองรับพลังงาน ส่วนข้อมูลต้องมีความจุต่ำ ใช้อาร์เรย์สำหรับข้อมูลและใช้อีกตัวแยกสำหรับรางไฟ
ทำไม TVS 5 V ของฉันจึงนำไฟฟ้าที่ 5 V
VRWM เป็นแรงดันทน ไม่ใช่แรงดันแคลมป์ ชิ้นส่วนที่กำหนด 5 V อาจเริ่มนำไฟฟ้าใกล้ 6 V และรางไฟที่มีช่วงคลาดเคลื่อนอาจไปถึงค่านั้น เลือกแรงดันถัดไปที่สูงขึ้น
แคลมป์ที่ต่ำกว่าดีกว่าเสมอหรือไม่
ไม่ใช่ถ้าต้องแลกกับค่าความจุหรือความสามารถในการรองรับพลังงาน จับคู่แคลมป์กับค่าสูงสุดสัมบูรณ์ของ IC ไม่ใช่กับค่าต่ำสุดที่มีให้เลือก
ฉันจำเป็นต้องใช้ฟิวส์ร่วมกับ TVS หรือไม่?
สำหรับอินพุตกำลังไฟ โดยปกติแล้วใช่ TVS จะแคลมป์ทรานเซียนต์ ส่วนฟิวส์หรือ eFuse จะจำกัดกระแสที่ไหลตามมา
ฉันจะทดสอบมันได้อย่างไร?
การทดสอบ IEC ระดับระบบที่คอนเนกเตอร์ โดยใช้สายเคเบิลและกล่องหุ้ม ค่าพิกัดระดับอุปกรณ์ไม่ได้รับประกันผลลัพธ์ระดับระบบ
กำลังพัลส์สูงสุดคืออะไร?
เป็นกำลังไฟฟ้าระยะเวลาสั้นที่ชิ้นส่วนสามารถดูดซับได้ โดยปกติระบุด้วยรูปคลื่น 8/20 µs ไม่ใช่ค่าเดียวกับการกระจายกำลังแบบต่อเนื่อง ควรอ่านกราฟ derating
ค่าความจุไฟฟ้ามีผลกับสัญญาณช้าหรือไม่
เฉพาะเมื่ออิมพีแดนซ์ต้นทางสูง บนบัส I2C 100 kHz ที่มี pull-up 4.7 kΩ ค่าไม่กี่ร้อย pF ก็เห็นผลแล้ว
8. แหล่งที่มา
- IEC 61000-4-2 / -4-4 / -4-5 — มาตรฐานการทดสอบ ESD, EFT และ surge
- เอกสารข้อมูล TVS — VRWM, VBR, VC ที่ IPP, ค่าความจุไฟฟ้า, กำลังพัลส์สูงสุด
- โน้ตการใช้งานเกี่ยวกับการเลือก TVS และการจัดวางเลย์เอาต์ (Littelfuse, Bourns, ON Semiconductor)
กำลังเลือก TVS อยู่หรือไม่?
ส่งแรงดันราง มาตรฐานที่คุณต้องผ่าน และอัตราสัญญาณมาให้เรา เราจะจำกัดตัวเลือกให้เหลือชิ้นส่วนและตำแหน่งการจัดวาง
