Part 01
前言
在电路正常工作情况下,TVS二极管应该处于截止状态,即TVS的额定反向关断电压VRM应大于被保护电路的最高工作电压,但是我们有时候会发现在一些电路中TVS二极管所在线路的最大工作电压超过了TVS二极管的额定反向关断电压VRM,甚至超过了TVS二极管的击穿电压。TVS二极管允许这样去使用吗?接下来我们就分析一下。
Part 02
问题分析
下图是TVS二极管的电流-电压曲线,我们主要关注电压V大于0的正半周对应的I-V曲线,此时TVS二极管加载的是反向电压。 我们发现随着电压V的增加,反向电流I也逐渐增加,这个曲线我们重点关注两个点,一个是TVS的额定反向关断电压VRM,另一个是TVS二极管的击穿电压VBR。当电压V小于击穿电压VBR时,电流I随电压V的增加,对应的曲线斜率一直很平缓,当电压V大于击穿电压VBR时,电流I随电压V的增加,对应的曲线斜率突然就变得很陡峭。
那么如何理解额定反向关断电压VRM和击穿电压VBR呢?它们的本质是什么? 以SMBJ10A为例,型号命名SMBJ10A中的10指的就是VRM电压值,当环境温度为25℃时,VRM为0.2uA,换句话说,可以看出此时的电流I非常低,所以如果我们线路的最大工作电压小于10V的话,当环境温度为25℃时,TVS二极管的漏电流就不会超过0.2uA,对于interwetten与威廉的赔率体系 采样电路(比如工业4~20mA传感器)、有低功耗要求的电路就需要关注这个参数。
所以线路的最大工作电压超过VRM并不会损坏TVS二极管,顶多漏电流大一点,那超过VBR呢? 还是看上面的图片,当环境温度为25℃时,电流I为1mA时,VBR电压最小值为11.1V,最大值为11.7V,不知道你发现了没,在描述VBR时,我们先说的是电流I=1mA,再说的是VBR电压是11.1V~11.7V,但是在描述VRM时我们先说的是电压V=10V,再说的是电流I≤0.2uA,为什么会有这个差别呢? 原因就是所谓的击穿电压VBR其实就是人为定义的,怎么定义的呢?就是当TVS二极管两端的电流I达到1mA时对应的电压V的值,所以你发现有些TVS二极管的VBR是在电流I达到10mA时测出来的。为啥不是统一的1mA呢?以为对于VBR的测试规定的反向测试电流就是1-10mA之间,不同厂家会有区别,在此范围内就行。VBR本质就是TVS最小的雪崩电压,低于这个电压TVS是不会发生雪崩的,高于这个电压TVS会发生雪崩,雪崩就意味着TVS的电流会随着电压的少量增加而大量增加。 所以电路中被保护线路的正常工作电压高于TVS二极管的击穿电压会损坏TVS吗?答案是不一定,重点是看超过多少。 假定SMBJ10A的击穿电压VBR是11.1V,如果最大正常工作电压为11.2V,二极管会被损坏吗?此时电流会大于1mA,也许是2mA或者10mA,这么小的电流是不足以损坏TVS二极管的,但是如果最大正常工作电压超过11.1V太多,那可就难说了,因为电流增加的速度可非常快。我们基于P=V*I可以得出当电流增大到一定程度是的TVS二极管的功率P超过了最大限制,TVS二极管就会被损坏。
Part 03
总结
通过以上分析可知,线路的最大工作电压超过VRM并不会损坏TVS二极管,线路的正常工作电压高于TVS二极管的击穿电压会损坏TVS吗?答案是不一定。即便如此,我们需要考虑漏电流增大对于电路的影响,比如模拟采样电路(比如工业4~20mA传感器)或者是有低功耗要求的电路。
审核编辑 黄宇
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