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嘉峪檢測網(wǎng) 2024-12-21 10:40
【導(dǎo)讀】在許多工業(yè)和汽車應(yīng)用中，保護接口收發(fā)器免受各種電過應(yīng)力事件的影響是一個主要問題。瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 二極管常用于上述用途，因為它們可以通過生成低阻抗電流路徑來鉗制電壓尖峰。
TVS 二極管的電氣特性由幾個工藝因素決定。這些參數(shù)與 TVS 電壓、電流和額定功率相關(guān)，具有多種多樣的數(shù)值，以適應(yīng)各種應(yīng)用。但通過查看元件數(shù)據(jù)表，就會發(fā)現(xiàn)選型并不簡單。在本文中，我將討論電壓參數(shù)并展示哪種 TVS 二極管適用于 RS-232、RS-485 和控制器局域網(wǎng) (CAN) 應(yīng)用。當(dāng)然，峰值脈沖功率耗散和峰值脈沖電流也是關(guān)鍵參數(shù)，它們決定了系統(tǒng)中的放電能力和靜電放電 (ESD) 水平。但在這里，我將重點介紹電壓。
TVS 電壓參數(shù) VWM、VBR 和 VC
當(dāng)出現(xiàn)不需要的高壓瞬變時，TVS 二極管應(yīng)起到鉗位的作用；當(dāng)收發(fā)器在正常條件下工作時，它們也應(yīng)該是“透明的”。因此，首先要查看數(shù)據(jù)表上的額定關(guān)斷電壓 VWM 這個參數(shù)。VWM 也稱為額定工作電壓，低于該電壓則 TVS 為開路，并具有低待機漏電流。
在選型時，您希望 VWM 大于推薦的收發(fā)器工作區(qū)域。隨著輸入電壓升高，TVS 開始擊穿并在 VBR 處傳導(dǎo)更多電流。但更重要的是最高電壓參數(shù) VC，即大電流脈沖條件下的鉗位電壓。VC 表示特定脈沖電流下的最大鉗位電壓。將 VC 與收發(fā)器參數(shù)進行比較時，您要確保它不超過集成電路 (IC) 的絕對最大額定電壓。“絕對最大值”是收發(fā)器在任何時候所允許的最大電壓限值。任何高于該限值的電壓都會使收發(fā)器處于不安全的運行區(qū)域，并可能導(dǎo)致徹底損壞。
示例：RS-232、RS-485 和 CAN 收發(fā)器的 TVS 選型
我將介紹幾個 RS-232、RS-485 和 CAN 收發(fā)器的示例器件及其 TVS 二極管的選型。我從各自的數(shù)據(jù)表中獲取了相關(guān)參數(shù)，我想通過介紹這些參數(shù)值，讓您了解不同的元件如何協(xié)同工作。
TI 的 MAX3232 是一款常見的 RS-232 收發(fā)器，具有兩個發(fā)送器和兩個接收器。我在圖 1 和圖 2 中突出顯示了兩個重要參數(shù)，分別是 ±5.4V 的工作電壓和 ±13.2V 的絕對最大驅(qū)動器輸出電壓。在 RS-232 標準中，信號擺幅應(yīng)在 ±5V 以上。在這里，您可以給它留出一些裕度。
圖 1：MAX3232 驅(qū)動器工作電壓
圖 2：MAX3232 驅(qū)動器絕對最大額定值
適用于 MAX3232 的 TVS 二極管是 Bourns 的 SMBJ8.0CA。在圖 3 中可以看到，峰值反向工作電壓為 8V，最大鉗位電壓為 13.6V。
圖 3：SMBJ8.0CA 峰值反向工作電壓和最大鉗位電壓
接下來，我們來看看 8 引腳 RS-485 收發(fā)器，即 TI 的 THVD1500。根據(jù) RS-485 標準，RS-485 收發(fā)器可以在寬共模范圍（-7V 至 12V）下工作（圖 3）。如圖 4 所示，THVD1500 總線引腳的絕對最大電壓為 ±18V。
圖 4：THVD1500 驅(qū)動器工作電壓
圖 5：THVD1500 驅(qū)動器絕對最大額定值
SM712 是用于 RS-485 應(yīng)用的常見 TVS 二極管。此 TVS 具有不對稱的反向關(guān)斷電壓，可匹配 RS-485 應(yīng)用的共模工作范圍。此外，其鉗位電壓接近TI THVD1500 的限值，如圖 6 所示。
圖 6：SM712 反向關(guān)斷電壓和鉗位電壓
最后但同樣重要的是，TI SN65HVD1040A 8 引腳 CAN 收發(fā)器具有相當(dāng)高的絕對最大電壓（圖 7），這可簡化 TVS 的選型。與 RS-485 類似，CAN 總線也可以容忍一些共模電壓變化（圖 8）。
圖 7：SN65HVD1040A 驅(qū)動器絕對最大額定值
圖 8：SN65HVD1040A 驅(qū)動器工作電壓
綜合所有因素，Bourns 的 CDSOT23-T24CAN 是適合 SN65HVD1040A 的一款器件。該器件提供 24V 的反向工作電壓和 36V 至 40V 的鉗位電壓。為了節(jié)省空間，我沒有在這里復(fù)制數(shù)據(jù)表。但我相信，根據(jù)前兩個示例，找到相關(guān)參數(shù)不會太難。
同樣，電壓參數(shù)只是 TVS 器件電氣特性的一部分，但它們是選擇 TVS 時的首要考慮因素。要更好地了解 TVS 器件的全部特性，您還可以查看其他參數(shù)，例如峰值功率和峰值電流。
歡迎關(guān)注《必學(xué)大課堂》：這里可得到EMC學(xué)習(xí)干貨、技巧、項目案例以及各類資訊等！掌握心得，減少EMC研發(fā)成本帶來的困境。通常與EMC相關(guān)的產(chǎn)品研發(fā)成本主要體現(xiàn)在3個方面：
1）因EMC測試不通過而導(dǎo)致修改設(shè)計帶來的開發(fā)輪數(shù)增加，最終增加的開發(fā)成本，不但包括時間，還包括人力，物力；
2）對于EMC技術(shù)把握不準導(dǎo)致設(shè)計或增加無用的元器件成本；
3）反復(fù)測試而導(dǎo)致的測試費用。
溫馨提示：
對產(chǎn)品進行EMC整改時，首先應(yīng)考慮到單個產(chǎn)品整改與批量生產(chǎn)時的差異性。一般來說，EMC整改時會對產(chǎn)品各個部分進行仔細調(diào)整，所使用的對策及元器件都是反復(fù)挑選的。而在批量生產(chǎn)時，由于生產(chǎn)為流水線作業(yè)，很難對產(chǎn)品各個部分仔細調(diào)整，再加上所采用元器件的批量離散性，批量生產(chǎn)產(chǎn)品的EMC性能也會參差不齊。只有在產(chǎn)品整改時為這種差異留下足夠的裕量，才能保證批量生產(chǎn)產(chǎn)品的EMC標準符合性。若批量生產(chǎn)的工藝一致性控制良好，所使用元器件的一致性很好，同時考慮到實驗室測試設(shè)備不確定度，傳導(dǎo)騷擾的整改至少要有4dB的裕量;輻射騷擾的整改至少要有6dB的裕量。若工廠的生產(chǎn)工藝一致性控制不是特別到位（如主要是手工或半手工操作，而非計算機控制的自動化操作），所采用的元器件離散性較大，建議裕量至少再提高3dB。
必要時，可通過對EMC整改后批量生產(chǎn)的產(chǎn)品抽取至少三臺樣品進行相關(guān)項目檢測，以確定是否均滿足標準要求及結(jié)果的離散性如何，是否符合標準中對批量產(chǎn)品測試的標準符合性的判定準則。若都合格，則可判斷該整改措施是合適且有效的。
對常見電磁兼容不合格，綜合采用以下整改措施，一般可解決大部分問題：
屏蔽問題：
加強屏蔽、減少縫隙：可以在屏蔽體的裝配面處涂導(dǎo)電膠，或者在裝配面處加導(dǎo)電襯墊，甚至采用導(dǎo)電金屬膠帶進行補救。
導(dǎo)電襯墊可以是編織的金屬絲線、硬度較低易于塑型的軟金屬(銅、鉛等)、包裝金屬層的橡膠、導(dǎo)電橡膠或者是梳狀簧片接觸指狀物等。
布局布線問題：
在不影響性能的前提下，適當(dāng)調(diào)整設(shè)備內(nèi)部各部件之間的布局，電纜走向和排列，以減小不同類型的部件、電纜相互影響。
接地問題：
加強接地的性能，降低接地電阻；
對于設(shè)備整體要有單獨的低阻抗接地。
接口問題：
加強接口的濾波和金屬機箱與屏蔽層的連接；
在設(shè)備電源、信號的輸入、輸出線上改進或加裝濾波器。
電纜問題：
正確選擇傳輸電纜；電纜的屏蔽層正確接地；
改變普通的小信號或高頻信號電纜為帶屏蔽的電纜；改變普通的低頻、大電流信號或數(shù)據(jù)傳輸信號電纜為對稱絞線電纜。
關(guān)鍵部位的處理：
對重要部件、板卡、器件進行屏蔽、隔離處理，如加裝接地良好的金屬隔離倉或小的屏蔽罩等。
電路和電源問題：
改進或增加電源、電路的濾波，以旁路去其高頻干擾。
來源：必學(xué)大課堂
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