說起Littelfuse TVS二極管,可謂歷史悠久,是Littelfuse最具特色與核心價值產品之一,目前出貨量排名全球首位。Littelfuse TVS二極管家族十分龐大,覆蓋小功率到大功率的產品,用于保護半導體器件免受高電壓瞬變損害,廣泛應用于通訊設備、汽車電子、航空設備等市場,其性能在業內出類拔萃,可圈可點。
以下是Littelfuse應用工程師在長期與客戶合作中積累的一些TVS選型問題,通過潛心梳理匯總的相關經驗,呈現如下,以饗讀者,快來看看吧!
首先,在TVS選型前需要先確定一些條件。這一步其實很重要,因為這些條件如果無法確定或者不夠準確,那么TVS選型的結果是會大打折扣的。正所謂,工欲善其事,必先利其器!
讓我們以下面這個案子為例,看看在初始設計階段,如何通過計算來選擇一款合適的TVS。
1. 輸入電壓:Vin=24 VDC 2.浪涌的內阻:Rs=10 Ω 3.TVS后級芯片的最大耐壓:Vmax=60 VDC 4.最高環境溫度:Tamb=105℃ 5.浪涌電壓的最大值:Vp=200 VDC 6.浪涌電壓的持續時間:td=8 ms
以上就是目前我們所有的已知信息,下面就讓我們開始TVS的選型吧!
TVS的選型
1. Vin=24 VDC考慮±10%的電壓波動,Vin(max)=24 × 1.1=26.4 V,所以TVS的VRWM>26.4 V;
2.因為后級被保護芯片的Vmax=60 VDC,同樣考慮10%的余量Vmax=60 × 0.9=54 VDC,所以TVS的Vcl<54 V;
3.按照第2點的結果,可以通過下面的公式計算得到Ipp,Ipp=(Vp-Vcl)/Rs=(200-54)/10=14.6 A,所以TVS的Ipp>14.6 A;
4.最后,再計算一下Ppp,Ppp = Vcl x Ipp = 54 ×14.6 =788.4 W,所以TVS的Ppp>788.4 W。
其實,如果只是比較粗略的計算,那么到這里,你已經可以根據VRWM,Vcl,Ipp,Ppp這幾個參數去選擇一款合適的TVS了。比如SMCJ28A系列:
看上去一切都很符合,不是嗎?
那么接下來,讓我們更精益求精一些,對Ppp我們需要做兩方面的校正。
1. 首先,需要做溫度的校正。TVS規格書中Ppp參數的條件是@25℃,而我們計算得到的Ppp=788.4 W@105℃。所以,我們需要把這個值校正到25℃。參考下圖,105℃時的derating=70%,那么Ppp=788.4/0.7=1126 W@25℃。
2.接下來,我們來做波形的校正。TVS中的Ppp參數是用10/1000μs的波形來測試的,tr=10 μs,td=1000 μs(浪涌電流最大值下降到50%時的時間),這顯然和我們td=8 ms的浪涌波形有比較大的區別, 所以我們同樣需要進行校正。
這里如果需要精確的計算,需要知道浪涌波形詳細的形狀,并且推導出電流隨時間變化的函數,然后再通過積分算出td。這整個過程會非常非常的復雜,并且有可能你都無法算出最終的結果。所以,這里我推薦一個比較簡便的方法。下圖綠色波形是10/1000 μs的浪涌電流波形,我們把它等效成紅色的直角三角形。那么我們可以很容易得到Ipp下降到最大值的50%時,td就是整個波形寬度的1/2。
所以,我們把這個方法套用到最開始已知的浪涌波形中,可以得到td=1/2x8=4 ms。
綜上所述,我們通過校正后可以得到實際浪涌波形的Ppp=1126 W@25C@td=4 ms。
讓我們再回去看之前選的那顆SMCJ28A的規格書,你可以找到如下的Ppp vs td的曲線圖,Ppp=800 W@td=4 ms。這里我們可以發現,經過校正之后SMCJ28A的Ppp無法滿足選型的要求,太小了!
那我們該怎么辦呢?很簡單,選更大Ppp的TVS唄!下面是SMDJ28A的Ppp vs td曲線圖,Ppp=1500 W@td=4 ms,可以滿足選型要求。
最終,我們的TVS選型結果如下:
以上總結肯定還有遺漏或者考慮不全面的地方,會繼續在更多的合作中探索與學習,不斷改進和提升。
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原文標題:【技術淺談】TVS的選型計算你做對了嗎?
文章出處:【微信號:Littelfuse_career,微信公眾號:力特奧維斯Littelfuse】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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