熱插拔應用中如何選擇TVS二極管

1.前言

我們在工作中，通常會使用瞬態電壓抑制 (TVS) 二極管將大浪涌電流鉗位到安全電壓水平，以保護附近的組件免受損壞。在許多方面，TVS 二極管的行為類似于齊納二極管，但由于其更大的芯片尺寸和更強的引線鍵合能力，因此具有更高的額定功率能力。

2.TVS介紹

TVS允許的正向浪涌電流在TA＝250C，T＝10ms條件下，可達50～200A。雙向TVS可在正反兩個方向吸收瞬時大脈沖功率，并把電壓鉗制到預定水平，雙向TVS適用于交流電路，單向TVS一般用于直流電路。 可用于防雷擊、防過電壓、抗干擾、吸收浪涌功率等，是一種理想的保護器件。耐受能力用瓦特(W)表示。 TVS（Transient Voltage Suppression）是一種限壓保護器件，作用與壓敏電阻很類似。也是利用器件的非線性特性將過電壓鉗位到一個較低的電壓值實現對后級電路的保護。 TVS管的主要參數有：反向擊穿電壓、最大鉗位電壓、瞬間功率、結電容、響應時間等。

3.為什么熱插拔應用需要 TVS 二極管？

在熱插拔應用中，如果出現大的過流故障，那么保護集成電路 (IC) 會迅速切斷電流，以保護附近的組件免受損壞。這種電流的快速關斷——從 50 A（過流）到 0 A（保護關斷）——可以在幾十納秒內發生，并導致大電流瞬變 (di/dt)，如公式 1 所示：

該電流將作為能量被困在輸入端的走線或導線電感中。盡管走線電感可能很低，約為 10 nH，但仍會根據公式 2 在熱插拔控制器的輸入端產生浪涌：

-50V 浪涌將與輸入電源串聯，并有效地在輸入軌上產生一個正電壓尖峰，通常會超過熱插拔控制器 IC或金屬氧化物半導體場效應晶體管的額定電壓（ MOSFET) 漏源電壓 (V DS )（見圖 1）。為防止出現這種電壓浪涌，您可以在輸入端放置一個 TVS，將電感中的能量直接轉移到地。TVS 的最佳放置將在輸入上的任何串聯電感之后（例如在保險絲之后）。

圖 1：熱插拔控制器關閉后的感應反沖。在正常操作期間，電感器兩端的電壓 V L之前為 0 V；快速電流關斷后，VL 等于 50 V 并將串聯添加到輸入電源

4.如何選擇 TVS 二極管？

為熱插拔應用選擇 TVS 二極管的最簡單方法是選擇滿足以下三個標準的二極管：

（1）電壓擊穿 V BR大于最大電源輸入電壓。

（2）鉗位電壓 V C低于熱插拔控制器 IC 或 MOSFET V DS的絕對最大額定值。

（3）峰值脈沖電流額定值 I PP高于熱插拔控制器將關閉的峰值電流。如果輸出短路且熱插拔控制器關閉，則此最壞情況值通常是可見的電流。要使用的準確值是實際原型板上的峰值電流測量值，對輸出應用實際短路。

（4）在規定的脈沖持續時間內，TVS的最大峰值脈沖功耗PM必須大于被保護電路內可能出現的峰值脈沖功率。在確定了最大鉗位電壓后，其峰值脈沖電流應大于瞬態浪涌電流。

（5）對于數據接口電路的保護，還必須注意選取具有合適電容C的TVS器件。

（6）根據用途選用TVS的極性及封裝結構。交流電路選用雙極性TVS較為合理；多線保護選用TVS陣列更為有利。

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