Semtech TVS 峰值脉冲功率 vs. 脉冲持续时间

Semtech TVS 峰值脉冲功率 vs. 脉冲持续时间

TVS二极管的峰值脉冲功率（Ppp）额定值是指在特定脉冲条件下，元件瞬间所消散的功率。峰值脉冲功率的额定值可透过以下公式计算：

Ppp = Vc x Ipp

其中：

• Ppp：峰值脉冲功率（W）
• Vc：钳位电压（V）
• Ipp：峰值脉冲电流（A）

常见的峰值脉冲功率额定值通常以8/20us和10/1000us的双指数脉冲波形给出，如下图1所示：

图1：Lightning Waveform

许多应用会指定不同的浪涌脉冲宽度，范围可从几个纳秒到几个毫秒不等。为了确定TVS元件对应不同脉冲宽度的功率处理能力，元件数据表上会包含一个峰值脉冲功率与脉冲宽度的曲线图。以下图2所示，为一个额定为1500W（10/1000us）的元件的范例。随着浪涌脉冲宽度减小，元件的峰值脉冲功率能力呈对数增长。此外，对于较短的脉冲宽度，TVS可以承受更高的峰值脉冲电流。例如，对于一个1.2/50us的脉冲波形（根据IEC 61000-4-5），其峰值功率处理能力为6kW，是1000us额定值的4倍。峰值电流处理能力也大约增加了四倍。反之，随着浪涌脉冲宽度的增加，元件的峰值功率和电流处理能力则会降低。

下方图2的曲线适用于非重复的双指数波形。若要确定元件对於方波脉冲的处理能力，需将峰值指数值降至66%。若为半正弦波脉冲，则降至75%。

图2

我们拿一份Semtech Datasheet来参考，例如Rclamp3304N

可以看到Rclamp3304N的Peak Pulse Power (tp = 8/20us)为450 W

图3

如下方图4可以看到最大的Vc跟Ipp数值

Vc = Clamping Voltage (V)18V
Ipp = Peak pulse current (A)25A
Ppp = Peak pulse power (W)
Ppp = Vc x Ipp =18Vx25A=450W

图4

如下图5
红色为当此件应用於8/20us的功率为450W
蓝色为当此件应用於10/1000us的功率60W

图5

总结：

1. TVS二极管的峰值脉冲功率（Ppp）额定值代表元件在特定脉冲条件下瞬间能够消散的功率，计算公式为Ppp = Vc x Ipp，其中Vc为钳位电压，Ipp为峰值脉冲电流。
2. 常见的脉冲波形有8/20us和10/1000us。随着脉冲宽度的减少，TVS的功率处理能力会呈对数增长，且可以承受更高的峰值脉冲电流。

FAQ

1.问：在选择单向和双向TVS保护元件之间，您应该如何做出决定呢？

单双向TVS皆可保护正负的突波，主要为取決於訊號是否有正負的工作電壓，若有正負工作電壓的環境就需要使用雙向TVS，一般直流電或是只有正壓的訊號線可以使用單向或是雙向TVS皆可。

2.问：为什么挑选静电放电（ESD）保护元件的电容值重要？

TVS的半导体接合面会有寄生电容产生，若为DC直流环境，此电容影响是非常小的，但是应用於高速讯号线时，讯号在变化中电容会影響訊號的上升及下降波形，當波形变化太大對於接受端就会无法判别準位，因此需要选择寄生电容小的TVS。

3.问：是否可以将多个静电保护元件并联或串连以提供更好的保护效果？

将多个静电保护元件并联使用（并联保护）可以提供更好的保护效果。这是因为并联保护会将静电放电能量分散到多个保护元件，从而降低每个元件上的电压，提高整体保护效率。相比之下，将多个静电保护元件串连使用（串聯保护）会增加串聯电阻并提高箝位電壓。這樣做可能會導致過多的電流落在被保護的元件上，從而降低了其保護能力，反而可能對敏感元件造成損害。

4.问：选择保护元件时如何选TVS的工作电压？

「Reverse Stand-Off Voltage」是指TVS（Transient Voltage Suppressor）保护元件的反向截止电压。这是保护元件在正常工作状态下可以承受的最大反向电压，也就是它的反向偏压。當電路中的反向電壓低於這個值時，保護元件不會導通，不會影響電路的正常運作。這個參數在選擇TVS保護元件時非常重要，特別是在應對過壓保護的情況下。選擇的反向耐壓電壓必須高於電路中可能出現的最大反向電壓，同時又不能太高，以避免影響正常操作。

例如，如果您的電路最大的反向電壓是12伏特，您可以選擇一個反向耐壓電壓稍高於12伏特的TVS保護元件。這樣，當出現一些小的反向過壓時，保護元件不會導通。然而，當出現超過12伏特的反向過壓時，保護元件會迅速導通，將多餘的電壓引導到地，防止過電壓對電路造成損害。總之，理解並選擇適當的TVS保護元件的反向耐壓電壓是確保電路在遭受反向過壓時能夠得到適當保護的重要一環。

5.问：如何选择适合的静电保护元件？

选择适合的静电保护元件需要考虑多个因素，以确保它能够有效地保护您的电路免受静电放电和过电压的影响。以下是选择静电保护元件的一些建议步骤：

1. 了解应用需求：首先，确定您的应用的需求。考虑您需要保护的工作环境，例如湿度的高低，使用的频繁度等，都与需要保护的等级有关系。
2. 确定保护位置：确定保护元件应该放置在电路中的哪个位置。通常情况下，保护元件应该位于电路接口处、输入/输出端口，以及敏感元件周围。
3. 选择元件类型：静电保护元件有多种类型，包括TVS二极管、Varistor、Gas Discharge Tube等。根据您的应用需求，选择最合适的元件类型。
4. 工作电压范围：根据您的应用的最大操作电压，选择具有适当工作电压范围的保护元件。
5. 过电压保护等级：选择一个适当的过电压保护等级，即保护元件导通时的电压。这应该在不影响电路性能的情况下提供足够的保护。
6. 最大耐电流：确保保护元件可以承受可能的瞬态过电流。
7. 反应速度：不同的保护元件对过电压的应对速度可能不同。根据您的应用，选择合适的应对速度。

参考来源
Semtech:https://www.semtech.com