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  • 热度 5
    2021-5-6 22:57
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    不要小瞧TVS管哦,否则要吃大亏
    摘要: TVS 管是常用的保护器件,但在平时正常环境的测试中,并不能明显地感觉到它的存在,好像有没有 TVS 管,都一个样。 TVS 管表示很委屈。 TVS 管本身就是为了在意外情况(比如瞬间高压串扰)保护电路的,既然是意外,就不会一直存在,平时当然就缺乏存在感了。但在实际应用,尤其是工业应用中,没有它是不行的,分享一个实际项目经历,感受一下 TVS 管的作用。 关键词: CAN 总线 TVS 管 防雷管 抗干扰 1. 缘起 这个故事要从刚参加工作的时候说起。一个前辈设计的一个具有 CAN 总线接口的传感器,说是在现场使用中出现了总线通信中断的问题,派孔丙火(微信公众号:孔丙火)过去排查一下问题。我们的产品是应用工业现场的,属于特殊行业。到现场后,发现是 CAN 收发器芯片损坏了,收发器用的是 PCA82C250 ,更换了一个便好了,因此,首先认为是器件的问题,没有多想。虽然问题解决了,但应客户的要求,要观察两天,于是就继续待在现场观察一下。 隔了一天,客户又反映通信中断了,查看了一下,又是 CAN 收发器芯片损坏了,为了查清问题,直接换了一块新的板子让用户先用,把出问题的板子从传感器中拿了出来进行测试。测试发现,在 CAN 总线接口部分,除了 PCA82C250 损坏了,其它器件都是正常的。在当时看来,孔丙火(微信公众号:孔丙火)认为,芯片损坏主要有两种可能:一是芯片本身质量问题,二是有干扰导致芯片损坏。但已经连续损坏了两次,如果是芯片质量问题,不同批次的两个芯片都有质量问题的概率太低了,于是重点看接口保护部分是否有问题。 2. 问题查找 当时也是持怀疑的态度,因为公司所有产品的 CAN 接口电路都是一样的,如果有问题,早就应该暴露了啊。细看了一下,发现之前 CAN 接口上都是用的 6.5V 的双向 TVS 管,但这个板子上用的是一个防雷管,好像发现了端倪。这里说明一下,传感器是用在特殊行业的,由于没有接地线,因此 CAN 总线的两根线并没有通过高压电容导向大地,只是简单地采用 3 个 TVS 管进行了保护,如图 1 所示。 图 1 图中的 3 个 TVS 管,现场的板子上焊接的是防雷管,动作电压在 200V 左右。孔丙火(微信公众号:孔丙火)把有问题的板子的防雷管重新换成了 6.5V 的 TVS 管,然后重新放回现场使用,没有再出现问题。 TVS 管是瞬态二极管( Transient Voltage Suppressor )的简称。 TVS 是一种二极管形式的高效能保护器件。当 TVS 二极管的两端受到反向瞬态高能量冲击时,它能以 10 的负 12 次方秒量级的速度,将其两极间的高阻抗变为低阻抗,吸收高达数千瓦的浪涌功率,使两极间的电压箝位于一个预定值,有效地保护电子线路中的精密元器件,免受各种浪涌脉冲的损坏。由于它具有响应速度快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点,广泛应用在现场总线设备中。图 1 中使用的是双向 TVS 管,可以实现双向保护。 TVS 管的保护能力是比较强的,可以吸收比较高的能量。但一般情况下,不能承受持续的重复冲击,不应超过 0.01% (冲击脉冲持续时间与间歇时间之比),超过的话,容易造成 TVS 管损坏。当瞬时脉冲结束后, TVS 管自动恢复到高阻状态,整个电路恢复正常工作。 3. 分析(要重视 TVS ) 首先,直观感受,孔丙火(微信公众号:孔丙火)认为,在这个特定的应用场景中, TVS 管是必须的,没有它,设备容易损坏,所以 TVS 管是很重要的哦。 其次,至于前辈为什么使用防雷管,后来我跟他交流的时候得知,在之前的一个工业现场,也出现了 CAN 收发器芯片损坏的情况,当时的干扰电压比较高,通过加防雷管的方法解决了问题。在后来的设备生产中,忘记了把 bom 恢复成 TVS 管。这是问题产生的原因。 第三,在一般的通信接口设计中,会加 TVS 管进行抗干扰保护,在实验室测试中,好像感觉并没有什么用,但真正在工业环境下使用, TVS 管是可以起到保护器件的作用的,不然其他元器件容易损坏,是要吃大亏的。 第四,抗干扰设计是一门大学问,本文仅仅是通过一个简单的例子,来说明 TVS 管的重要性,在实际的设计中,未必都是用 TVS 管保护的,也可以有更好的方式,这不是本文讨论的重点,也欢迎大家讨论交流。 文章在公众号( 孔丙火 )同步推出,欢迎查看更多系列文章。 单片机、 ARM 、现场总线、 PLC 、嵌入式软硬件的设计经验分享,秉承“点点滴滴皆智慧”的理念,以实际项目为单元阐述知识点,一起分享,共同交流。
  • 热度 5
    2019-9-6 16:26
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    随着科技快速发展,电子产品的集成度和自动化程度越来越高,产品的 ESD敏感度也越高,产品防ESD干扰的能力已经成为电子产品质量好坏的一个重要因素。为此越来越多的产品标准将ESD 抗扰度验验作为推荐或强制性内容纳入其中。 ​ 产品在测试静电不通过需要整改是工程师遇到很头痛的问题。 ASIM深耕于EMC保护器件行业数载,有标准EMC室验室、专业的技术团队。浅谈ESD问题常用诊断思路、关键电路设计、防护器件选型如下: 诊断思路: 现象分析法:静电放电过程中仔细观察出现异常状态时的现象,结合产品功能特性、电路设计快速锁定问题范围; 排除分析法:将静电放电枪放电电压由低到高调节,使用静电放电枪尖头直接对芯片引脚接触放电,找出静电放电过程中出现相同异常现象的引脚; 路径分析法:根据产品的整机结构设计、布局设计、 PCB布局线路设计、接地设计方案,分析静电电流泄放路径是否存在抗静电能力较弱的元件或者敏感信号布线。 PCB关键电路设计 : 1. 接口信号线防护器件( ESD / TVS ) 放在信号的主干路并靠近接口布置; 2. 主芯片、复位芯片、 IC电源模块等敏感器件或模块远离机箱接口或缝隙; 3. 敏感信号线设计好信号回流路径,增加防护器件,保证环路最小; 4. 地线尽量保证完整性,打无规则过孔,使地的阻抗最小。 TVS/ESD防护器件选择 : 1、 确定被保护电路的最大直流或连续工作电压; 2、 TVS的额定反向截止电压(Vrwm ) 应 ≥被保护电路的最大工作电压; 3、 TVS的最大钳位电压(VC ) 应该要<被保护电路的损坏电压; 4、 对于数据通讯信号线增加保护器械,还须注意选取具合适的寄生电容 (Cj)参 数,通常信号频率≥10MHz时,Cj<100pF; 信号频率≥1GHz时,Cj<3p。 本文出自深圳市阿赛姆科技有限公司转载请说明出处及链接(http://www.asim-emc.com/)
  • 热度 1
    2018-11-26 16:33
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    在选用 TVS 时,应考虑以下几个主要因素: (1) 若 TVS 有可能承受来自两个方向的尖峰脉冲电压 ( 浪涌电压 ) 冲击时,应当选用双极性的,否则可选用单极性。 (2) 所选用 TVS 的 Vc 值应低于被保护元件的最高电压。 Vc 是二极管在截止状态的电压,也就是在 ESD 冲击状态时通过 TVS 的电压,它不能大于被保护回路的可承受极限电压,否则器件面临被损坏的危险。 (3)TVS 在正常工作状态下不要处于击穿状态,最好处于 VR 以下,应综合考虑 VR 和 VC 两方面的要求来选择适当的 TVS 。 稳压管 (4) 如果知道比较准确的浪涌电流 IPP ,则可利用 VCIpp 来确定功率 ; 如果无法确定 IPP 的大致范围,则选用功率大些的 TVS 为好。 PM 是 TVS 能承受的最大峰值脉冲功率耗散值。在给定的最大箝位电压下,功耗 PM 越大,其浪涌电流的承受能力越大 ; 在给定的功耗 PM 下,箝位电压 VC 越低,其浪涌电流的承受能力越大。另外,峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。 (5)TVS 所能承受的瞬态脉冲是不重复的,器件规定的脉冲重复频率 ( 持续时间与间歇时间之比 ) 为 0.01% 。如果电路内出现重复性脉冲,应考虑脉冲功率的累积,不然有可能损坏 TVS 。 (6) 对于小电流负载的保护,可有意识地在线路中增加限流电阻,只要限流电阻的阻值适当,一般不会影响线路的正常工作,但限流电阻对干扰所产生的电流却会大大减小。但这样可能选用峰值功率较小的 TVS 管来对小电流负载线路进行保护。 (7) 电容量 C 是由 TVS 雪崩结截面决定的,这是在特定的 1 MHz 频率下测得的。 C 的大小与 TVS 的电流承受能力成正比, C 太大将使信号衰减。因此, C 是数据接口电路选用 TVS 的重要参数。对于数据 / 信号频率越高的回路,二极管的电容对电路的干扰越大,形成噪声或衰减信号强度也大,因此,需要根据回路的特性来决定所选器件的电容范围。高频回路一般选择电容应尽量小 ( 如 LCTVS 、低电容 TVS ,电容不大于 3 pF) ,而对电容要求不高的回路,电容的容量选择可高于 40pF 。 (8) 为了满足 IEC61000-4-2 国际标准, TVS 二极管必须达到可以处理最小 8 KV(MB ,接触 ) 和 15 kV(BM, 空气 ) 的 ESD 冲击,有的半导体生产厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。而对于某些有特殊要求的便携设备应用,设计者可以按需要挑选器件。
  • 热度 1
    2018-11-23 16:07
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    在电子产品的设计制造工艺中使用 ESD 防护器件在 STM 和 PCB 设计中应用已经很广泛,比如,经常使用的手机内部电路,还有 PC 主板中的防静电工艺等。在此我们总结归纳一下都有哪些 ESD 保护器件 。 ​ 一、 ESD : Electrostatic Discharge 就是当静电能量达到一定程度后,击穿其间介质而进行放电的现象。 是一种极快的瞬间脉冲电流。 ESD 的特点是持续时间短 ( 在 0.7~1ns 之间 ) ,低能量,瞬时高电压。 二、防护措施 ESD 保护器件要有能力把静电放电的瞬间高电压抑制到被保护器件可承受的电压范围内。在为给定的应用选择最佳保护器件的时候,要考虑到 ESD 保护器件能够迅速响应并把 ESD 电压控制到较低的电平。 三、 ESD 保护器件的分类和性能对比 1) 在 ESD 的保护器件上采用硅材料技术,有代表性的如 TVS 二级管。 2) 保护器件上使用了氧化锌材料技术,如多层氧化锌压敏电阻 MLV 。 3) 以高分子聚合物技术为代表的保护器件。 4)AEM 科技新推出的新一代 ESD 保护器件 “***iode” 静电保护器,采用独有的玻璃陶瓷材料、自有专利制造工艺实现设计 ; 具有低漏电流 (<0.1nA), 强耐受静电冲击,高稳定性,低钳位电压 (<50V), 低容值 (<0.25pF) 等性能优势,相比较其它的 ESD 保护器件具有较佳的性价比。
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    2014-8-5 11:38
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           瞬變抑制二極管(TVS)選型:   ①瞬變抑制二極管(TVS)使用時,一般並聯在被保護電路上。   ②VBR的選擇:瞬變抑制二極管(TVS)的擊穿電壓應根據被保護電路最大工作電壓UM:VRWM UM 、VBR=(0.8~0.9)VRWM進行選擇。交流:UM=1.414Uac、 直流:UM=Udc   ③IPP和VC的選擇:當瞬變抑制二極管(TVS)單獨使用時,要根據線路上可能出現的最大浪湧電流來選擇IPP合適的型號。當瞬變抑制二極管(TVS)作為第二級保護時,一般用500W~600W的就可以了。Vc與VBR之間的箝位因子(1.2~1.4),同時要注意的是,此時的最大箝位電壓VC應不大於被保護設備所能耐受的最大浪湧電壓(安全電壓)。   ④用於信號傳輸電路保護時,當信號頻率或傳輸速率較高時,應選用低電容系列的管子。當低電容系列仍滿足不了要求時,就應把瞬變抑制二極管(TVS)接到快速恢複二極管組成的橋路中,以降低總的等效電容,提高傳輸信號頻率。   優恩半導體瞬變抑制二極管(TVS)主要應用在安防系統、充電電源、車載電子等。TVS由於其較強的電壓抑制能力,常作為電源端口的次級保護,起到降低初級保護元件上殘壓的作用。TVS管可將被保護的器中電壓箝位在VBR~Vc之間。  
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