表1：瞬態(tài)電壓抑制器（400W 和5000W 兩種選項(xiàng)）的技術(shù)參數(shù)實(shí)例

部件編號

反向?qū)χ烹妷?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/3668/" target="_blank">VR

漏電流VR IR

擊穿電壓VBR

擊穿電流IBR

最大鉗位電壓 VC

最大峰值脈沖電流 IPP

峰值功率 PPP

最小

最大

SMAJ18A

18V

5uA

20.0V

22.1V

1mA

29.2V

13.7A

400W

5.0SMDJ18A

18V

10uA

20.0V

22.1V

1mA

29.2V

172A

5000W

表2：OPA192 的絕對最大額定參數(shù)表

數(shù)值

單位

電源電壓

±20（+40，單電源）

V

信號輸入終端

電壓

共模

(V-) - 0.5至(V+) + 0.5

V

差分

(V+) - (V-) + 0.2

V

電流

±10

mA

輸出短路

連續(xù)

工作溫度

-55 至 +150

℃

存儲溫度

-55 至 +150

℃

結(jié)溫

+150

℃

靜電放電 (ESD) 額定參數(shù)

人體模型 (HBM)

4

kV

帶電器件模型 (CDM)

1

kV

表3：OPA192 的工作技術(shù)參數(shù)

電氣特性

TA = +25C，VCM = VOUT = VS/2，RLOAD = 10k?（連接至 Vs/2），另有說明的除外。

參數(shù)

測試條件

最小值

典型值

最大值

單位

電源

VS

指定電壓范圍

+4.5

+36

V

IQ

每個(gè)放大器的靜態(tài)電流

IO = 0A

1

1.2

mA

TA = -40C 至 25C、IO = 0A

1.5

mA

3. 確定TVS 器件導(dǎo)通并保護(hù)放大器時(shí)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(hù)開始擊穿或“接通”以及開始吸收大量電流的電壓點(diǎn)。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(gè) 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(xiàng)）。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(gè) TVS 的實(shí)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。可使用這兩個(gè)點(diǎn)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(shí)流過TVS 的最差情況電流，并計(jì)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(qiáng)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(jìn)行這樣的估算，不僅可能要涉及一些工程設(shè)計(jì)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(jì)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(xiàng)。

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(yuǎn)都找不到具有理想特性的器件，因?yàn)橹圃旃に嚩加芯窒蕖?/p>

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(gè)極為糟糕的主意。但是，有保護(hù)總比沒保護(hù)強(qiáng)。在很多情況下，找到在整個(gè)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(shí)。需要記住的一點(diǎn)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(xiàn)：

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：。