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用于瞬态保护的TVS二极管的PCB设计指南

time : 2019-05-14 09:12       作者:凡亿pcb

  虽然它具有很高的教育性和不可否认的启发性,见证了互联网的早期,但我不会错过缓慢的速度或无休止的技术问题。在那些日子里,花了很长时间检查体育统计或打开一个简单的电子邮件,更不用说雷雨对电脑造成破坏的危险。在暴风雨的日子里,将电源拔出电脑并断开连接计算机与内部拨号调制解调器的电话电缆并不罕见。当时,这是保护系统免受冲击的最好方法。


  对于硬件工程师来说,浪涌保护不仅仅是拔掉一对电缆。它包括在PCB设计中包括瞬态保护元件,并希望在影响PCB中的重要部件之前,将多余的电压转移到地上。确保您的PCB设计优化的瞬态保护可能意味着功能原型和油炸电路板之间的差异。


  一、什么是TVS二极管,它是如何工作的?


  瞬态电压抑制(TVS)二极管是一种常用于瞬态保护的元件。它由在瞬态电压尖峰中变成导电的p-n半导体结构成。在正常情况下,它似乎是一个开路,尽管泄漏电流小。当TVS二极管上的电压越过其阈值电压时,半导体的雪崩效应导致p-n结成为低阻抗路径,从而使过电流流过。TVS二极管的响应时间非常快,通常用皮秒来表示。


  二、为您的设计选择合适的TVS二极管


  当然,并非所有的TVS二极管都是相同的。为您的设计选择错误的一个可能会使瞬态保护从一开始就不起作用。在选择一个TVS二极管时,有几个参数需要了解:


  箝位电压(VC)-箝位电压是TVS二极管在指定峰值电流的限制下瞬态的电压限制。


  额定待机电压(VWM)-这表明TVS二极管正常工作的极限。在额定的待机电压下,TVS二极管具有高的阻抗,仅具有少量的漏电流。


  峰值脉冲功率耗散(PPP)- TVS二极管需要能够安全地耗散由瞬态电压引起的过大电流。这是由峰值脉冲功率耗散表示的。


  除了选择合适的TVS二极管,保护的有效性是由PCB布局本身决定的。


  TVS二极管的PCB设计技巧


  TVS二极管与它所保护的电路并联连接。下面的示意图示出了TVS二极管到MX348 5收发器的典型连接:


  TVS二极管接线典型示意图


  在PCB布局中,必须遵守一些重要准则以使TVS二极管有效地工作。


  避免将TVS二极管和收发信机连接到一个类似的接地。这可能导致浪涌传导到数字地面,从而引起地面反弹。相反,TVS二极管应该连接到底盘接地,具有低阻抗迹线。如果这是不可能的,单接地平面的电感必须被最小化,以防止接地反弹。


  具有适当板边间隙的元件布局设计


  将TVS二极管放置在PCB边缘附近。为了使过大的浪涌电流传导到底盘接地,在损坏收发器之前,TVS二极管的放置也是重要的。将电视二极管放置在靠近电路板边缘的地方是一种很好的做法。TVS二极管的迹线也应该相对短于收发器的迹线,以使阻抗最小化,并确保浪涌的过大能量被有效地消散。


  PCB迹线产生寄生电感,该寄生电感可能导致TVS二极管的钳位电压超过其规定的极限。因此,重要的是通过缩短跟踪长度和选择具有独立的接地和功率平面的多层PCB来最小化寄生电感。此外,TVS二极管的较小形状因子也可以降低寄生电感。


  使用AldiDesigner中的集成库,您可以轻松地放置一个TVS二极管而不冒寄生电感或其他问题。利用多边形倾倒特征,可以创建适当的接地平面,以有效地分流过大的电流。关于在PCB设计中使用TVS二极管进行瞬态保护的更多技巧。


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