TVS 管应用技术
出处:网络整理 发布于:2025-04-22 16:17:01
浪涌保护主要涉及在 PCB 布局中放置瞬态保护组件并应用明确的接地策略。TVS 二极管是用于保护 PCB 布局中组件的常用组件,放置在数据线上,可将 ESD 脉冲电流从受保护组件转移开来。
二、工作原理
瞬态电压抑制 (TVS) 二极管由一个 pn 半导体结组成。正常情况下,TVS 二极管具有高阻抗和极低的漏电流,相当于开路。当瞬态电压抑制器上的电压上升超过其阈值电压时,半导体中的雪崩效应会导致 pn 结开始导电,提供一条低阻抗路径,将过大的电流从受保护的设备中导出。其响应时间非常快,通常以皮秒表示。
三、选择合适的 TVS 二极管
反向偏置击穿电压 (VB):TVS 二极管开始导通时的反向偏置电压,导通后将 ESD 脉冲从受保护组件转移开。
钳位电压 (VC):TVS 二极管在超过反向偏置击穿后将显著导通的电压,定义在指定峰值电流的限制范围内。较低的 VC 值为组件提供更多保护,应小于受保护组件的输入电压限制。额定关断电压 (VWM):反向偏置电压限制,低于该限制 TVS 二极管将保持绝缘,具有高阻抗,只有少量泄漏电流。
峰值脉冲功率耗散 (PPP):TVS 二极管需能安全耗散由瞬态电压引起的过大电流,由峰值脉冲功率耗散表示。
四、双向与单向 TVS 二极管
类型区分:TVS 二极管有双向和单向两种类型,统称 TVS 二极管一般指单向型,需双向时要特别说明。
选择依据:双向 TVS 二极管适用于电路承载正极性和负极性信号的情况,如差分对或正负极性之间振荡的模拟线路。大部分人倾向于使用双向 TVS 二极管,因为即使存在接地故障,也有机会保护元器件;而单向 TVS 二极管在接地故障导致接地路径高阻抗时,受保护组件可能暴露在某些电压下。
五、PCB 布局技巧
TVS 二极管的放置
将 TVS 二极管放置在导体暴露于外部环境的区域附近,因为 ESD 可能发生在电子设备中暴露的导体附近。
TVS 二极管的走线应相对于收发器的走线较短,以降低阻抗,减少通向 TVS 二极管路径中的寄生电感,防止钳位电压增加到指定限值以上。
接地
尽可能将 TVS 二极管连接到与受保护组件不同的接地网,可连接到机箱接地中的金属元件(如机箱螺钉或安装孔的迹线);若不可行,可连接到内部平面。
在强 ESD 风险环境中,设备应封装在具有安全金属底盘接地和接地连接的底盘中。
消除屏蔽无源
屏蔽连接器的屏蔽层用于防止噪声接收和 ESD,可与 TVS 二极管一起使用。将 TVS 二极管连接到信号线,连接器上的屏蔽层直接接地。
在机箱和信号接地之间建立直接连接,确保所有导体上的接地电位均匀,控制常规返回电流不通过机箱。
若为系统的电隔离区域,将连接置于更靠近连接器主体的位置。
避免通过缓冲电路或并联 RC 电路将屏蔽层接地,应建立屏蔽层与底盘接地或接地层的直接连接,创建极低阻抗的接地路径。
在控制返回电流遇到麻烦(如浮动接地)时,可在屏蔽层和接地层之间放置大电容,分流快速 ESD 脉冲,防止高频噪声辐射。
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