【技术大神】电驱控制瞬态防护利器——TVS二极管你选对没有？

时间： 2019-09-03 来源：技术大神活动文章

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电驱控制电路能够实现用微弱的数字信号控制高压大电流信号的功能，是连接数字控制电路与高能电路的纽带，是电子设备中的重要组成部分。瞬时过电压是电驱控制电路在实际工作环境中常常遇到的问题。轻则影响电路的正常工作，重则烧毁电路，造成进度及经济方面的损失。因此了解电驱控制电路瞬时过电压的应对方法及工程应用是非常必要的。

瞬态电压抑制二极管（TVS二极管）有着电压箝位相应速度快、可选范围广等特点，在电驱控制中应用广泛。

TVS二极管应用选择与工程案例
在TVS二极管极限参数的范围内，当其受到一个反向接入的瞬时过压脉冲时，能够将电压箝位到预期的数值，从而有效地保护电路使其在受到瞬时过电压冲击时免受损坏。加在TVS二极管的负向电压变化就会引起其工作状态的变化，了解这些特性对电驱控制的TVS应用帮助良多。

图1：TVS二极管特性曲线

如图1所示，V_BR为TVS二极管进入反向击穿状态的临界值。当负向电压大于V_BR时，管子进入击穿区，阻抗变低。V_CMAX为管子的最大箝位电压，数值通常为V_BR的1.3倍，在选择TVS二极管时必须要保证VCMAX不高于被保护电路的极限工作电压。V_RWM被称为最大反向工作电压，通常为V_BR的0.8倍，当TVS二极管的负向电压小于V_RWM时，管子为高阻抗电路，其上有较小的漏电流I_R。因此V_RWM必须大于电路的工作电压，以降低电路在正常工作状态时的功耗。

除此之外，在TVS二极管工程应用时，还需要根据实际电路中的具体需求选择合适的参数才能发挥其雪崩击穿特性和箝位特性，起到保护电路的作用。现通过实例介绍TVS管的应用参数选择。

图2：TVS二极管在电驱控制电路中的应用实例

如图2所示，电路中有两个TVS二极管用于保护电路。介绍电路的具体需求并进行TVS参数选取：
1）输入接口送入的数字控制信号为3.3V TTL电平方波，器件N2的极限工作电压为12V。工作电压为3.3V，若选取最大反向工作电压V_RWM为4V，则击穿电压V_BR=V_RWM/0.8=5V，根据击穿电压V_BR选取最大箝位电压V_CMAX=1.3*V_BR=1.3*5=6.5V。

2）场效应管Q2的漏极电压为28V，驱动输出电流为8A。由于Q2漏极的极限工作电压高于驱动输出后级的极限工作电压，在Q2漏极出现电压过冲情况时会将驱动输出的峰值电压拉高，超过驱动电路后级的极限工作电压，烧毁后级电路。因此瞬时输出电压的幅度，应小于驱动输出后级电路的极限值。

工作电压为28V，若选取最大反向工作电压V_RWM为30V，则击穿电压V_BR=V_RWM/0.8=37.5V；由击穿电压V_BR选取最大箝位电压V_CMAX=1.3*V_BR=1.3*37.5=48.75V。

在电驱控制电路的驱动端进行保护时，还需要考虑承受功率的因素。TVS二极管允许通过的最大脉冲峰值电流I_PP与最大箝位电压V_CMAX的乘积就是最大脉冲峰值功率，管子的反向脉冲峰值功率PPM不能超过这个极限值。PPM与过压脉冲的脉冲宽度，环境温度等因素有关，在期间选型时应留有足够的余量。根据箝位电压和最大峰值电流得出V_PR=V_C*I_R=49×8=392W。

得到了电路需要的参数，我们根据参数选择TVS二极管。LITTELFUSE公司的P6SMB系列TVS二极管拥有出色的箝位能力，增量浪涌电阻较低；从0V至V_BR最小值的响应时间迅速，通常小于1.0ps；还具有封装尺寸小等优势，非常适合电驱控制电路瞬态防护的应用，因此成了笔者设计的囊中之物。

P6SMB系列能够提供专业且种类齐全的TVS二极管，我们可以根据实际应用参数选取合适的产品。在P6SMB系列产品中可以查到P6SMB6.8A最大反向工作电压为V_RWM=5.8V，击穿电压V_BR小于7.14V，最大箝位电压V_CMAX=10.5V，可以满足电路图中D1的使用要求；P6SMB36A最大法相工作电压为30.8V，击穿电压V_BR为37.8V，最大箝位电压V_CMAX=49.9V。同时根据降额设计的原则，P6SMB系列最大脉冲峰值功率为600W，远大于392W，留有较大的余量可以满足D2的使用要求。电路工作稳定可靠，未出现过电压影响电路正常工作的情况。

小结
P6SMB系列TVS二极管能够提供有效的瞬时过电压保护，减小电路损坏概率，提高电子设备的可靠性，是电驱控制电路的瞬态防护利器。

作者：两星镶月

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用户48282835 Lv4. 资深工程师 2020-02-14

学习了
song Lv8 2019-04-17

学习了
笨鸟先飞 Lv7. 资深专家 2018-11-15

学习
时不我待 Lv7. 资深专家 2018-11-14

深有体会，不错
Billion Lv2. 工程师 2017-12-04

格雷柏电子公司提供ES621系列动态电流电压曲线传输线脉冲测试系统（ES621 SeriesDynamic IV-CurveTLPSystem）----TLP or Vf-TLP 是一款先进的便携式脉冲IV-曲线特性表征系统，用于模拟静电放电脉冲事件，例如 TLP, vf-TLP, HMM, HBM, EFT, 和低压浪涌。系统会检测脉冲期间皮秒或纳秒级的瞬态电压和电流波形，并测试脉冲前、后被测器件的状态（漏电流，击穿电压，偏置电流，静态IV曲线，等）。可测的DUT包括静电防护器件，半导体，

海绵宝宝 Lv7. 资深专家 2017-11-07

写得很用心
秦王殿下 Lv4. 资深工程师 2017-07-24

还不错啊

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12/05/23 - 数据手册代理服务技术支持采购服务

Littelfuse力特TVS二极管/TVS二极管阵列，提供kA级高电流保护

Littelfuse力特TVS二极管增量浪涌电阻较低，提供单双向极性，反向断态电压和峰值额定功率范围宽，提供高电流保护。Littelfuse力特TVS二极管阵列提供广泛的工业标准分离或多通道贴片包装，这些特性组合起来，使其寄生电容减小到0.4pF，而ESD性能高达±30kV。世强是Littelfuse力特代理商，可供应Littelfuse力特TVS二极管/TVS阵列，价格优惠，库存丰富。

2018-10-01 - 原厂动态代理服务技术支持采购服务

P6SMB系列表面贴装TVS二极管-600W

该资料介绍了Littelfuse公司的P6SMB系列表面贴装瞬态电压抑制二极管（TVS）。这些二极管专为保护敏感电子设备免受雷电和其他瞬态电压事件的影响而设计。资料涵盖了产品的最大额定值、热特性、电气特性、功能图、应用领域以及包装规格。

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06/28/21 - 数据手册代理服务技术支持采购服务

AQXX-02HTG系列500W TVS二极管阵列规格书

本资料介绍了AQxx-02HTG系列500W TVS二极管阵列，这是一种用于保护敏感设备免受静电放电（ESD）、快速瞬态电涌（EFT）和雷击损坏的器件。该系列产品具有低钳位电压、低漏电流等特点，适用于工业设备、电机控制、测试和医疗设备等领域。

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05/24/23 - 数据手册代理服务技术支持采购服务

【技术】论如何通过TVS二极管阵列进行最有效的ESD保护？

硅瞬态电压抑制（TVS）二极管和二极管阵列均是可用的最有效ESD保护技术。为了选择最为合适的TVS二极管阵列，对所有这些考虑因素进行权衡可在力特公司iDesign™在线模拟和产品选型工具的帮助下变得更加简单。

2019-08-29 - 设计经验代理服务技术支持采购服务

Littelfuse（力特） TVS二极管SMBJ数据手册

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2013年03月04日 - 数据手册代理服务技术支持采购服务

LITTELFUSE P6SMB系列瞬态抑制二极管选型表

反向隔离电压：3.3V至600V 峰值脉冲额定功率：200W至30KW 可提供高电流保护，峰值脉冲电流：8/20 1kA、3kA、6kA、10kA、15kA至20kA

产品型号	品类	厂牌	Reverse Stand off Voltage Vʀ (Volts)	Breakdown Voltage Vʙʀ (Volts) @ Iᴛ MIN	Breakdown Voltage Vʙʀ (Volts) @ Iᴛ MAX	Test Current Iᴛ (mA)	Maximum Clamping Voltage Vᴄ @ Iᴘᴘ (V)	Maximum Peak Pulse Current Iᴘᴘ (A)	Maximum Reverse Leakage Iʀ @ Vʀ (µA)	Maximum Temperature coefficient of Vʙʀ (%/C)
P6SMB6.8A	TVS Diodes	LITTELFUSE	5.8	6.45	7.14	10	10.5	58.1	1000	0.041

选型表 - LITTELFUSE 立即选型

AQxx-02HTG系列500W TVS二极管阵列

该资料介绍了AQxx-02HTG系列TVS二极管阵列，这是一种通用型静电放电（ESD）、快速瞬态电涌（EFT）和雷电引起的浪涌保护器件。这些二极管阵列适用于多种电子设备，具有低钳位电压、低漏电流等特点，并符合AEC-Q101标准。

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10/17/18 - 数据手册 - Revision: 10/17/18 代理服务技术支持采购服务