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本文主要是針對隔離式數(shù)字輸入接收器ISO1212的浪涌防護方案，采用湖南靜芯研發(fā)的TDS浪涌保護器件對芯片進行浪涌防護，保護設備免受電氣系統(tǒng)中的浪涌電壓或浪涌電流的損害，確保設備的安全性。

一、ISO1212介紹

ISO1212器件是隔離式24V至60V數(shù)字輸入接收器，符合IEC61131-2 1類、2類和3類特性標準。此器件可以在可編程邏輯控制器(PLC)、電機控制、電網(wǎng)基礎設施和其他工業(yè)應用中實現(xiàn)9V至300V直流和交流數(shù)字輸入模塊。不同于具有分立式、不精確電流限制電路的傳統(tǒng)光耦合器解決方案，ISO1212器件提供具有精確電流限制的簡單低功耗解決方案，可實現(xiàn)緊湊型和高密度I/O模塊的設計。這些器件不需要現(xiàn)場側(cè)電源，可配置為拉電流或灌電流輸入。

二、TDS器件介紹

TDS(平緩鉗位浪涌抑制器)具有精準且恒定的觸發(fā)電壓、優(yōu)異的鉗位性能及穩(wěn)定的溫度特性，可為系統(tǒng)提供更全面保護。當 EOS 事件來臨時，瞬態(tài)電壓攀升至超過集成精密觸發(fā)器所設定的擊穿電壓（VBR）閾值，觸發(fā)電路精確的開啟內(nèi)置泄流場效應晶體管，有效的將瞬態(tài)高壓與大電流安全釋放到地。由于TDS的內(nèi)置泄流場效應晶體管具有極低的導通電阻，其鉗位電壓在額定峰值脈沖電流范圍內(nèi)幾乎是恒定的。

在選擇浪涌防護器件時，許多工程師會優(yōu)先選擇TVS 二極管，實際上大電流TDS芯片在成本和性能、面積上比TVS更具優(yōu)勢。TDS器件的優(yōu)勢如下：

在提供相同保護的情況下，TDS耗散浪涌能量較小，能通過自身特性將過壓與過流事件高效泄放到地，從而避免增加自身熱損耗。

TDS器件體積小巧，結(jié)構緊湊，為硬件工程師設計高度集成型解決方案提供了更優(yōu)選擇。如果應用需要超過單個TDS器件所能提供的特定鉗位電壓，可以將多個TDS器件串聯(lián)，提供了更多的靈活性。

TDS器件的鉗位電壓通常比傳統(tǒng)TVS保護設備的鉗位電壓低30%，減少了系統(tǒng)的電氣應力，可以更好的保護后端IC，也為系統(tǒng)中的其他組件創(chuàng)造了更大的安全余量。

TDS器件在額定峰值脈沖電流范圍內(nèi)擁有幾乎恒定的鉗位電壓。傳統(tǒng)TVS二極管的箝位電壓隨著峰值脈沖電流的增加而增加，而TDS器件的鉗位電壓在最大峰值脈沖電流之前幾乎保持不變。

TDS器件的鉗位電壓在工作溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，而傳統(tǒng)TVS二極管的鉗位電壓隨溫度變化。TDS器件擁有卓越的耐用性，在工作規(guī)格內(nèi)性能不會下降，仍能保證低漏電和高鉗位電壓。

三、應用方案

圖1?應用方案

上圖部分詳細介紹了使用數(shù)字輸入接收器ISO1212設計電壓等級為24-V或48-V的二進制輸入。這是一個帶集成電源的隔離數(shù)字輸入接收器，簡化了整個系統(tǒng)設計。24-V輸入端使用由兩個工作電壓為33V的浪涌抑制器ESTVS3300DRVR反向串聯(lián)形成的雙向瞬態(tài)抑制器來防止過電壓和瞬態(tài)；48-V輸入端由兩個工作電壓為55V的浪涌抑制器反向串聯(lián)形成的雙向瞬態(tài)抑制器來防止過電壓和瞬態(tài),工作電壓為55V的器件是由一個工作電壓33V的浪涌抑制器ESTVS3300DRVR和一個工作電壓22V的浪涌抑制器ESTVS2200DRVR正向串聯(lián)而成。

ESTVS2200DRVR和ESTVS3300DRVR是湖南靜芯新推出的TDS平緩浪涌抑制器，均符合IEC 61000-4-2 (ESD)規(guī)范，在 ±30kV（空氣）和 ±30kV（接觸）下提供瞬變保護，采用小型 DFN 2mm x 2mm x 0.68mm 6引腳封裝。其中ESTVS2200DRVR通常用于保護工作電壓為20V、22V、24V的系統(tǒng)，器件的觸發(fā)電壓典型值為25.6V，額定瞬態(tài)峰值脈沖電流可達70A(tp=8/20μs)，鉗位電壓VC為30V以內(nèi)；ESTVS3300DRVR通常用于保護工作電壓為28V、33V、36V的系統(tǒng)。觸發(fā)電壓為38.7V，額定瞬態(tài)峰值脈沖電流可達50A(tp=8/20μs)，鉗位電壓VC為40V以內(nèi)。

四、器件電氣特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

Parameter	Symbol	Conditions	Min.	Typ.	Max.	Units
Reverse Stand-off Voltage	VRWM		-0.5		22	V
Reverse Breakdown Voltage	VBR	IT=1mAfrom VDD/IO to GND	24.6	25.6	26.6	V
Reverse Leakage Current	IR	VRWM=22Vfrom VDD/IO to GND		0.5	60	nA
Forward Voltage	VF	IT=1mA from GND to VDD/IO	0.25	0.5	0.7	V
Forward Clamp Voltage	VFC	IPP=10A; tp=8/20μs	1	2.7	5	V
Clamping Voltage	VC	IPP=10A; tp=8/20us		25.6	26.1	V
		IPP=20A; tp=8/20us		26	26.5	V
		IPP=40A; tp=8/20us		26.4	26.9	V
		IPP=70A; tp=8/20us		27.6	28.1	V
Dynamic Resistance	RDYN	tp=8/20us		35		mΩ
Junction Capacitance	CJ	VR=22V; f=1MHz T=25℃		115		pF

表1 ESTVS2200DRVR電氣特性表

Parameter	Symbol	Conditions	Min.	Typ.	Max.	Units
Reverse Stand-off Voltage	VRWM		-0.5	33	36	V
Reverse Breakdown Voltage	VBR	IT=1mAfrom VDD/IO to GND	38	38.7	39.4	V
Reverse Leakage Current	IR	VRWM=33Vfrom VDD/IO to GND		0.5	100	nA
Forward Voltage	VF	IT=1mAfrom GND to VDD/IO		0.517		V
Clamping Voltage	VC	IPP=24A; tp=8/20us		38.2	38.7	V
		IPP=35A; tp=8/20us		38.2	38.7	V
		IPP=50A; tp=8/20us		38.6	39.1	V
Dynamic Resistance	RDYN	tp=8/20us			30	mΩ
Junction Capacitance	CJ	VR=25V; f=1MHz T=25℃		113		pF

表2ESTVS3300DRVR電氣特性表

五、總結(jié)與結(jié)論

ISO1212作為常用的數(shù)字輸入接收器，浪涌防護十分關鍵。靜芯公司推出的系列TDS芯片具有接近理想狀況的ESD和EOS保護特性，可以廣泛應用于USB/雷電接口、工業(yè)機器人、IO-Link接口、工業(yè)傳感器、IIoT設備、可編程邏輯控制器(PLC)和以太網(wǎng)供電(PoE)等領域，可為系統(tǒng)提供更全面以及更可靠的保護。目前公司推出來ESTVS2200DRVR、ESTDS2211P、ESTVS3300DRVR、ESTDS3311P等型號，歡迎客戶前來咨詢選購。

審核編輯黃宇