Part 01

前言

關(guān)于TVS二極管的選型，會(huì)涉及到一系列的計(jì)算，當(dāng)我們進(jìn)行TVS瞬態(tài)抑制二極管選型時(shí)，需要確保它能夠有效保護(hù)電路免受瞬態(tài)電壓的損害，同時(shí)又需要保證TVS二極管自身不會(huì)被瞬態(tài)電壓給打壞了，因?yàn)門(mén)VS二極管擊穿后的失效模式大概率是對(duì)地短路，而且TVS二極管又是接在電源線上的，這樣就會(huì)導(dǎo)致我們的電源對(duì)地短路，從而整個(gè)產(chǎn)品就會(huì)失去功能。 之前我有文章專門(mén)分享過(guò)基于我的經(jīng)驗(yàn)去對(duì)TVS二極管進(jìn)行選型計(jì)算，最近看到ST官方社區(qū)有硬件工程師提問(wèn)TVS二極管選型相關(guān)的問(wèn)題，并且給出了自己的選型思路，ST官方針對(duì)其選型思路給出了指導(dǎo)以及問(wèn)題解答，個(gè)人覺(jué)得非常有借鑒意義，相信本篇文章對(duì)于TVS二極管選型迷茫的硬件工程師很有借鑒意義，接下來(lái)就來(lái)詳細(xì)解讀一下。

Part 02

提問(wèn)者的TVS二極管選型思路以及疑問(wèn)

1.產(chǎn)品的輸入電壓等條件如下： 產(chǎn)品輸入直流電壓最大值：Vin_max=30V 產(chǎn)品能耐受的最大脈沖電壓峰值為：Vin_absolute=58V 最大環(huán)境溫度Tamb_max=105 °C 產(chǎn)品需要承受的脈沖為8/20μs脈沖波，波形發(fā)生器的最大電壓為1kV，內(nèi)阻為42Ω，那么就可以得到8/20μs脈沖波最大浪涌電流 Isurge_max=1kV/42Ω=24A 2.TVS二極管的參數(shù)如下： 這個(gè)硬件工程師要選的TVS二極管的型號(hào)是ST的SMA6J33CA，對(duì)應(yīng)的TVS二極管的參數(shù)如下圖（截自datasheet）

3.選型思路如下： 環(huán)境溫度Tamb = 25 °C時(shí)： 步驟1，TVS二極管的直流最大耐壓Vrm_DS=33V必須高于Vin_max=30V。 ---> OK 步驟2，TVS二極管的鉗位電壓Vcl_max_DS必須低于產(chǎn)品能承受的最大峰值電壓Vin_absolute=58 V Vcl_max = Vcl_max_DS - Rd_DS x (Ipp_DS - Isurge) = 69 V - 0.512 Ω x (57 A - 24 A) = 52.1 V ---> 公式來(lái)自AN5541瞬態(tài)電壓保護(hù) ---> OK 步驟3，TVS二極管的功耗Ppp必須低于Ppp_DS = 4000W Ppp = Vcl_max x 浪涌 = 52.1 V x 24 A = 1250 W ---> OK 環(huán)境溫度Tamb = 105 °C時(shí)： 以上的計(jì)算都是基于環(huán)境溫度25℃時(shí)的TVS二極管的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算的，但是產(chǎn)品的最大工作環(huán)境溫度是105℃，那以上就需要按105℃重新計(jì)算。那就意味著需要評(píng)估環(huán)境溫度是105℃時(shí)，8/20μs脈沖波的脈沖波會(huì)不會(huì)導(dǎo)致TVS二極管的結(jié)溫超過(guò)其最大結(jié)溫175℃，超過(guò)了的話，那TVS二極管就會(huì)熱擊穿。 根據(jù)下圖可知TVS二極管的熱阻Rthja = 150 °C/W

步驟4：根據(jù)規(guī)格書(shū)中的功率&溫度降額曲線，可知 Tj = 175 °C時(shí) Ppp_DR = Ppp_DS x (240 / 600) = 4000 x (240 / 600) = 1600W

然后這位硬件工程師發(fā)現(xiàn)計(jì)算了一下結(jié)溫，結(jié)果很離譜： Tj = Tamb + ( Ppp_DR x Rthja ) = 105 + ( 1600 x 150 ) = ??? 他不知道錯(cuò)在哪里？你知道嗎？ 接下來(lái)我們看看ST官方工程師對(duì)此問(wèn)題的解答吧！

Part 03

ST官方工程師的解答

步驟1：正確 步驟2：必須考慮溫度的影響，因?yàn)闇囟仍礁邥?huì)增加會(huì)導(dǎo)致TVS二極管的Vcl max越大，規(guī)格書(shū)中給出的數(shù)值只是溫度為25℃的，所以需要考慮最高環(huán)境溫度為105℃時(shí)TVS的鉗位電壓才行。（可以基于溫度系數(shù)計(jì)算） 步驟3：圖12中的熱阻曲線對(duì)于重復(fù)浪涌是比較有用的（可能TVS二極管需要額外的PCB敷銅來(lái)耗散其平均功率，以使平均結(jié)溫低于Tj_max）。但是這不適用這個(gè)產(chǎn)品的應(yīng)用情況，因?yàn)檫@個(gè)產(chǎn)品目前考慮的只考慮8/20μs脈沖波是單個(gè)脈沖，而非是重復(fù)脈沖。 步驟4：規(guī)格書(shū)中的圖11對(duì)于單次浪涌很有用。但單脈沖的峰值結(jié)溫可能高于TVS二極管能承受的Tj_max。因?yàn)閱蚊}沖引起的TVS二極管產(chǎn)生的功率耗散將增加其結(jié)溫，例如，在175°C環(huán)境溫度下，TVS二極管最大只能承受240W的功率耗散，而不是25°C時(shí)的600W。

最后認(rèn)為這位硬件工程師采用SMA6J33CA不太合適，推薦了SMBJ30CA更加合適，大家有興趣可以按上述步驟計(jì)算一下，這里不展開(kāi)計(jì)算了。

Part 04

TVS二極管選型神器

最后ST官方推薦了一個(gè)TVS二極管的在線選型神器，看下圖，你只需要把你的脈沖類型，產(chǎn)品的電壓等參數(shù)一填，就能自動(dòng)幫你選好TVS二極管。 有些人可能會(huì)有疑問(wèn)，那如果我用的不是ST的TVS二極管，那不是沒(méi)用嗎？當(dāng)然不是，不管你用哪家的，你只要通過(guò)在線計(jì)算選出對(duì)應(yīng)的TVS二極管，那就可以拿這個(gè)TVS二極管的型號(hào)去匹配別的廠家的TVS二極管了，哈哈，思路是不是打開(kāi)了？