Littelfuse TVS二極管的選型計(jì)算

說起Littelfuse TVS二極管，可謂歷史悠久，是Littelfuse最具特色與核心價(jià)值產(chǎn)品之一，目前出貨量排名全球首位。Littelfuse TVS二極管家族十分龐大，覆蓋小功率到大功率的產(chǎn)品，用于保護(hù)半導(dǎo)體器件免受高電壓瞬變損害，廣泛應(yīng)用于通訊設(shè)備、汽車電子、航空設(shè)備等市場，其性能在業(yè)內(nèi)出類拔萃，可圈可點(diǎn)。

以下是Littelfuse應(yīng)用工程師在長期與客戶合作中積累的一些TVS選型問題，通過潛心梳理匯總的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，呈現(xiàn)如下，以饗讀者，快來看看吧！

首先，在TVS選型前需要先確定一些條件。這一步其實(shí)很重要，因?yàn)檫@些條件如果無法確定或者不夠準(zhǔn)確，那么TVS選型的結(jié)果是會大打折扣的。正所謂，工欲善其事，必先利其器！

讓我們以下面這個案子為例，看看在初始設(shè)計(jì)階段，如何通過計(jì)算來選擇一款合適的TVS。

1. 輸入電壓：Vin=24 VDC 2.浪涌的內(nèi)阻：Rs=10 Ω 3.TVS后級芯片的最大耐壓：Vmax=60 VDC 4.最高環(huán)境溫度：Tamb=105℃ 5.浪涌電壓的最大值：Vp=200 VDC 6.浪涌電壓的持續(xù)時(shí)間：td=8 ms

以上就是目前我們所有的已知信息，下面就讓我們開始TVS的選型吧！

TVS的選型

1. Vin=24 VDC考慮±10%的電壓波動，Vin(max)=24 × 1.1=26.4 V，所以TVS的VRWM>26.4 V；

2.因?yàn)楹蠹壉槐Ｗo(hù)芯片的Vmax=60 VDC，同樣考慮10%的余量Vmax=60 × 0.9=54 VDC，所以TVS的Vcl<54 V；

3.按照第2點(diǎn)的結(jié)果，可以通過下面的公式計(jì)算得到Ipp，Ipp=(Vp-Vcl)/Rs=(200-54)/10=14.6 A，所以TVS的Ipp>14.6 A；

4.最后，再計(jì)算一下Ppp，Ppp = Vcl x Ipp = 54 ×14.6 =788.4 W，所以TVS的Ppp>788.4 W。

其實(shí)，如果只是比較粗略的計(jì)算，那么到這里，你已經(jīng)可以根據(jù)VRWM，Vcl，Ipp，Ppp這幾個參數(shù)去選擇一款合適的TVS了。比如SMCJ28A系列：

看上去一切都很符合，不是嗎？

那么接下來，讓我們更精益求精一些，對Ppp我們需要做兩方面的校正。

1. 首先，需要做溫度的校正。TVS規(guī)格書中Ppp參數(shù)的條件是@25℃，而我們計(jì)算得到的Ppp=788.4 W@105℃。所以，我們需要把這個值校正到25℃。參考下圖，105℃時(shí)的derating=70%，那么Ppp=788.4/0.7=1126 W@25℃。

2.接下來，我們來做波形的校正。TVS中的Ppp參數(shù)是用10/1000μs的波形來測試的，tr=10 μs，td=1000 μs(浪涌電流最大值下降到50%時(shí)的時(shí)間)，這顯然和我們td=8 ms的浪涌波形有比較大的區(qū)別， 所以我們同樣需要進(jìn)行校正。

這里如果需要精確的計(jì)算，需要知道浪涌波形詳細(xì)的形狀，并且推導(dǎo)出電流隨時(shí)間變化的函數(shù)，然后再通過積分算出td。這整個過程會非常非常的復(fù)雜，并且有可能你都無法算出最終的結(jié)果。所以，這里我推薦一個比較簡便的方法。下圖綠色波形是10/1000 μs的浪涌電流波形，我們把它等效成紅色的直角三角形。那么我們可以很容易得到Ipp下降到最大值的50%時(shí)，td就是整個波形寬度的1/2。

所以，我們把這個方法套用到最開始已知的浪涌波形中，可以得到td=1/2x8=4 ms。

綜上所述，我們通過校正后可以得到實(shí)際浪涌波形的Ppp=1126 W@25C@td=4 ms。

讓我們再回去看之前選的那顆SMCJ28A的規(guī)格書，你可以找到如下的Ppp vs td的曲線圖，Ppp=800 W@td=4 ms。這里我們可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過校正之后SMCJ28A的Ppp無法滿足選型的要求，太小了！

那我們該怎么辦呢？很簡單，選更大Ppp的TVS唄！下面是SMDJ28A的Ppp vs td曲線圖，Ppp=1500 W@td=4 ms，可以滿足選型要求。

最終，我們的TVS選型結(jié)果如下：

以上總結(jié)肯定還有遺漏或者考慮不全面的地方，會繼續(xù)在更多的合作中探索與學(xué)習(xí)，不斷改進(jìn)和提升。