- 電氣過應(yīng)力的介紹 - 第 3 部分

3. 確定TVS 器件導(dǎo)通并保護放大器時電壓與電流的關(guān)系。要了解這一關(guān)系，您需要考慮擊穿電壓 (VBR) 和鉗位電壓 (VC)。擊穿電壓 (VBR) 是 TVS 保護開始擊穿或“接通”以及開始吸收大量電流的電壓點。增大通過 TVS 的電流會導(dǎo)致其電壓稍微上升。這一上升源自串聯(lián)電阻器以及該器件的自熱。鉗位電壓是指在特定大電流下整個 TVS 的電壓。在本示例中，13.7A 電流下的鉗位電壓是 29.2V（見表 1 中的 400W 選項）。TVS 的目的是將電壓限制在放大器絕對最大額定值以下。整個 TVS 的實際電壓取決于通過它的電流，而且該電壓將介于擊穿電壓和鉗位電壓之間。

在圖 2 中您可以看到，V-I 特性在擊穿電壓和鉗位電壓之間呈線性?？墒褂眠@兩個點導(dǎo)出該線路公式。該公式可用來確定擊穿電流與最大峰值脈沖電流之間任意電流對應(yīng)的反向電壓。我們可根據(jù)預(yù)期的故障電流利用該公式得出應(yīng)用的最大電壓。公式 (1) 至 (3) 是線性方程以及本示例斜率與截距的推導(dǎo)。

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圖2：TVS 器件的V-I 曲線

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4. 估算出現(xiàn)故障時流過TVS 的最差情況電流，并計算相應(yīng)的故障電壓。最終目的是將過壓條件限制在安全水平內(nèi)（即在絕對最大電源電壓以下）。要估算故障電壓，我們必須知道我們能夠預(yù)期的故障電流。預(yù)期的故障電流取決于應(yīng)用。如果電源連接至電感負(fù)載或者應(yīng)用處于存在強電磁場的位置，故障電流可能會比較高。如果電源表現(xiàn)良好而且應(yīng)用處于屏蔽環(huán)境，故障電流可能會比較低。進行這樣的估算，不僅可能要涉及一些工程設(shè)計假設(shè)，而且還將取決于您對估算的保守程度。對于我們所舉示例中的問題，我選擇的故障電流假設(shè)為 2A。我們可通過計算線性方程得出 23.14V 的故障電壓限值，見公式 (4)。

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5. 對比故障電壓與放大器絕對最大電壓。在本示例中，絕對最大電壓是 ±20V（見表 2），而最大故障電壓則是 2A 故障電流下的 23.14V（見公式 (4)）。在理想情況下，故障電壓小于或等于絕對最大值，才能避免損壞器件。該 TVS 不符合這一要求。如果故障電壓大于絕對最大電壓，可考慮以下三種選項。

a. 使用較低額定電源電壓。在本示例中，我們將額定電源電壓設(shè)定為 ±18V，因此對峙電壓 (VR) 也被設(shè)定為 18V。該器件的絕對最大值是 ±20V。工作電壓與絕對最大電壓之間只有 2V 的差別。如果故意使用較低的額定電源電壓（例如 ±15V），那么額定電源電壓與絕對最大電壓之間的裕度就會變大（例如 Vmax – Vnominal = 20V – 15V = 5V）。裕度增大后，就更容易找到符合要求的 TVS。

b. 尋找更好的TVS。有些 TVS 二極管可能比其它產(chǎn)品更適合您的應(yīng)用。在本示例中，我們選擇了具有 400W 額定功率的 TVS。選擇具有更高額定功率的器件可降低 2A 電流下的故障電壓。本示例中如果使用 5000W TVS 取代 400W 器件，可將故障電壓從 23.14V 降低到 22.59V。不過，您永遠都找不到具有理想特性的器件，因為制造工藝都有局限。

c. 使用即便故障電壓大于絕對最大電源電壓的TVS。從表面上看，似乎允許故障電壓超過絕對最大參數(shù)值是個極為糟糕的主意。但是，有保護總比沒保護強。在很多情況下，找到在整個工作電壓范圍內(nèi)關(guān)閉、而在絕對最大電源極限到來之前立即導(dǎo)通的 TVS 并不現(xiàn)實。需要記住的一點是絕對最大技術(shù)參數(shù)存在一定的裕度。

6. 考慮成本。將搜索范圍縮小到一定程度后，可通過考慮成本來做最后的選擇。

參考文獻：

1. Walters, Kent，《如何選擇瞬態(tài)電壓抑制器》，摘自《MicroNote 125》，1999 年 7 月：；

2. STMicroelectronics，《ESDA-1K 產(chǎn)品說明書》，Doc ID 17883 版本 1，2010 年 9 月，V-I 曲線，第 2 頁：。