技術(shù)淺談】TVS的選型計算你做對了嗎?（續(xù)）

作者：時間：2024-08-29 來源：Littelfuse

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俗話說“書接上回”，那么再寫個續(xù)集吧！

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202408/462449.htm

細(xì)心的朋友可能會發(fā)現(xiàn)，上一篇寫的計算方法針對的是單次的浪涌，比如Surge test一般兩次浪涌之間會有30~60 s的間隔時間，這意味著TVS有足夠的時間去把吸收的浪涌能量給耗散掉，不會因為熱累積而導(dǎo)致TVS溫度過高而損壞。

但是，現(xiàn)實中還有一些情況是會有重復(fù)浪涌的。比如下圖，MOSFET作為低邊開關(guān)來控制感性負(fù)載L，MOSFET會由PWM控制進(jìn)行周期性的開關(guān)，每次關(guān)斷（turn off）時，L都會因為反向的感應(yīng)電動式E而產(chǎn)生一個尖峰電壓Vspike。

Vspike = L× di/dt (L 大; Ipeak 大；t 小 --> Vspike 大)

此時MOSFET的 Vds需要承受12 V+Vspike的電壓，如果Vspike很高的話是有可能會損壞MOSFET的，這時候TVS就有它的用武之地了。

下圖這個示例中，MOSFET的Vds=100 V，考慮10%的裕量，TVS的Vc需要<100×90%=90 V以保護(hù)MOSFET。

OK, 那么在這種重復(fù)浪涌的應(yīng)用中，如果選用 TVS 做保護(hù)，選型和計算時需要如何來考慮呢？一起來看看吧！

1. 平均功率PAVG的計算

這里我們可以先假設(shè) TVS 吸收了所有 L 存儲的能量（這是 worst case 情況，實際上 L ， R, diode ， TVS 都會吸收 L 所存儲的能量，做這個假設(shè)是為了方便計算）。

電感量: L = 50 mH

峰值電流：Ipeak = V/R = 12/24 =0.5 A

頻率：f = 100 Hz

PAVG=1/2 × L x Ipeak^2 × f=1/2 x 50 mH x 0.5^2 x100 =0.625 W

這個結(jié)果有什么意義呢？請接著往下看。

2 . TVS結(jié)溫Tj的計算

TVS的SPEC中會有Tj(max)這個參數(shù)，絕大多數(shù)情況下，只要計算得到的Tj < Tj(max)，我們就可以認(rèn)為TVS是安全的，不會損壞。

參考下圖，取熱阻系數(shù)Rth(j-a):

這里取焊盤面積 Scu=0.5 cm^2 ，可以得到 Rth(j-a)=92℃/W

Tj = Tamb + PAVG × Rth(j-a) =85 + 0.625 × 92 = 142.5℃

參考SMBJ系列TVS的SPEC：

Tj =142.5℃ < Tj(max) = 150℃

So，這顆SMBJ/600 W的TVS，從平均功率PAVG的角度來說選型是OK的。

3. 確定TVS的VBR

這里需要強(qiáng)調(diào)的一點是，在重復(fù)浪涌的應(yīng)用中，首先應(yīng)該考慮盡量減小Ipeak，也就是流經(jīng)TVS的電流Ipp。因為如果還是像單次浪涌那樣，以Ppp = Ipp × Vc作為評估的標(biāo)準(zhǔn)，那么重復(fù)浪涌會造成短時間內(nèi)的能量累積，TVS無法有效地耗散這些能量，從而導(dǎo)致Tj溫度急劇上升而損壞。

根據(jù)經(jīng)驗，建議Ipp<1A，參考下圖，此時Vc≈VBR。