TVS管的功率计算和范围使用

TVS管的优缺点

优点：

①击穿（导通）前相当于开路，电阻很大，没有漏电流或漏电流很小；

②击穿（导通）后相当于短路，可通过很大的电流，压降很小；

③具有双向对称特性。

④响应速度都很快，ns级。

⑤击穿电压一致性好。

缺点：

①通流量较小，只有几百A。

②击穿电压只有若干特定值。

③电容较大，有几十至几百pF

TVS管有单向与双向之分

TVS管有单向与双向之分（单向的型号后面的字母为“A”，双向的为“CA”），单向TVS管的特性与稳压二极管TVS管使用时，一般并联在被保护电路上。为了限制流过TVS管的电流不超过管子允许通过的峰值电流IPP，应在线路上串联限流元件，如电阻、自恢复保险丝、电感等。相似，双向TVS管的特性相当于两个稳压二极管反向串联。

TVS管的功率如何计算_TVS管的使用范围  

TVS管工作原理

器件并联于电路中，当电路正常工作时，它处于截止状态（高阻态），不影响线路正常工作，当电路出现异常过压并达到其击穿电压时，它迅速由高阻态变为低阻态，给瞬间电流提供低阻抗导通路径，同时把异常高压箝制在一个安全水平之内，从而保护被保护IC或线路；当异常过压消失，其恢复至高阻态，电路正常工作。

TVS允许的正向浪涌电流在TA＝250C，T＝10ms条件下，可达50～200A。双向TVS可在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率，并把电压钳制到预定水平， 双向TVS适用于交流电路，单向TVS一般用于直流电路。可用于防雷击、防过电压、抗干扰、吸收浪涌功率等，是一种理想的保护器件。耐受能力用瓦特（W）表示。

TVS二极管可以很方便地与其它器件集成在一个芯片上，现有很多将EMI过滤和RFI防护等功能与TVS管集成在一起的器件，不但减少设计所采用的器件数目降低成本，而且也避免PCB板上布线时易诱发的伴生自感。

从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。 TVS的反应速度绝对比RC回路快的多，抑制反向的用单向TVS， 有交流的用双向TVS。

TVS管的功率计算

TVS管的功率如何计算_TVS管的使用范围

上图是常见的汽车电源部分的原理图，分别是防反接模块和LDO模块，我们的客户要求ISO7637-2脉冲5为40V/400ms，内阻2欧姆，我开始时用的SMBJ20CA，结果TVS管被烧毁，后改成SMBJ36CA，现在可以过ISO7637-2脉冲5。

问题：

1）TLE42644G的输入电压最大40V，SMBJ36CA的Vbrmin=40V， Vrsm=58.1V，在上述模块中我认为SMBJ36CA没有起到任何作用，按TVS管的选型标准，此刻我应选择符合Vrsm＜40V和Vbrmin＞18V（电源电压）的TVS管，但不知要承受客户要求的400ms的TVS管功率该如何计算？

2）若客户无特殊要求，按ISO7637-2脉冲5的标准我是否需要选取能承受输入电压高的LDO？这样可以选择高电压的TVS管，减小TVS管上的功耗？

TVS管的功率如何计算_TVS管的使用范围

这个脉冲的能量是最大的，TVS起到的作用，是将电压稳定在一定的范围之内。

TVS管的功率如何计算_TVS管的使用范围

我在书里面的计算方法，是将TVS等效成一个可变电阻，在整个过程中，将加在上面的最大的功率给核算出来。

实质上，我在书里面可能肤浅了些，这里针对us级别的脉冲，核算静态功率，因为这个的失效机理属于瞬间的热失效；而针对这种40ms～400ms的，可以首先计算两个最终的阻抗：

对于SMBJ20CA而言：

第一阶段，此时TVS的电阻无穷大，电压很快上升至22.2～24.5V，TVS管开始击穿

第二阶段，TVS的电压上升，其阻抗开始下降，整个过程中，电压上升至32.4V，此时等效电阻为1.74Ohm，电流为10.7A，这是最高的电流

第三阶段，TVS管的电压开始下降，阻抗变大，电压在一个稳定的范围内，这个稳态值可以用迭代的方法进行计算，在书中的线性的方法其实是一种假设。为了计算方便，我们假定这里稳定的电压就是24.5V+2V，此时的电阻为4Ohm，功率为175W.毫无悬念，这是肯定要被烧掉的。

因此大多数的车子，都在努力在发电机那块加入中央抑制器，将脉冲能量直接直接吸收，这里不能使用表贴的了。而且上方的大多数元件，需要能够承受40V的耐压值了。

SMBJ36CA，承受的能量是非常有限的，所以不会烧毁，但是整个后级系统就承受了很大的电压。

TVS管的功率如何计算_TVS管的使用范围

所以这里最好是采用仿真的方法去进行确认，如图所示：

TVS管的功率如何计算_TVS管的使用范围

脉冲的产生机理：在断开电池的同时，交流发电机正在产生充电电流对蓄电池充电，而发电机电路上仍有其它负载时产生的瞬态 Pulse 5 is a simulation of a load dump transient occurring in the event of a discharged battery being disconnected while the alternator is generating charging current with other loads remaining on the alternator circuit at this moment。

TVS管的功率如何计算_TVS管的使用范围

TVS管的使用范围

1、RS232/RS422/RS485分界面卡

2、XDSL和ISDN、HDSL传输设备

3、用户前端设备，如：电话、调制解调器等

4、Centralofficelinecards

5、T1/E1

6、PBX和其它交换设备

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