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TVS管的功率计算与功率选型

大家好,我是硬件微讲堂。这是在电子星球的第29篇原创文章。为避免错过干货内容,一定记得点赞、收藏、分享哟。加微信hardware_lecture进群沟通交流。

书接上回,咱还是接着聊TVS管。前面讲了TVS管的关键参数,和稳压管的区别以及TVS管如何选型,常规的知识点已经讲的差不多了。今天我们就聊点不那么常见,至少你百度上不太容易搜到,但又很重要的知识点。

1、一道面试题

照例,先抛出来一道面试题:“选择多大功率的TVS管才算合适?”。关于TVS功率的选择,不晓得之前你考虑过没。反正我这边是感觉网上关于TVS管参数、选型等文章比较多,但关于TVS管功率计算及功率选型的文章比较少。但往往在这些点上更能体现面试者的功力。

2、TVS的Pppm

研究过TVS规格书的同学,对于上面的曲线一定不陌生。不管是哪个品牌,规格书上一定会详细罗列Vrwm、Vbr、Vcl、Ipp等,但还有个Pppm不晓得你注意过没有,它在表格中不会体现,通常是混杂在特性描述或大段的文字说明中

如下图,在关键特性表格中不会出现Pppm;

如下图,某TVS规格书的总体概述中隐藏着Pppm:

在另一份TVS规格书,Pppm则包含在Features中:

Pppm到底是什么?

Pppm:Maximum peak pulse power,最大峰值脉冲功率,说直白些,就是最大瞬态脉冲功耗。读过《TVS管如何选型?》的同学应该记得里面有讲过峰值脉冲电流Ipp,从名字上看前面相同,两者有怎样的关系呢?

Pppm和Ipp之间有怎样的关系?

如下面公式所示:

Vcl就是我们前面文章中提到的钳位电压。

3、10/1000us电流波形

细心的同学会发现:为什么在上面介绍Pppm时都会说明前置条件“ 10/1000us"? 

因为Ipp的数值是在给定脉冲电流波形下的形成的,而这个给定脉冲电流通常是10/1000us。因为Pppm=VclxIpp,所以Pppm也有波形的前置条件。

又有同学好奇:10/1000us波形是什么?这里不做具体展开了,简单贴一幅图。

Tr:电流波形从峰值(Ippm)的10%上升至90%所消耗的时间;

Td:电流波形从开始到波形下降至峰值(Ippm)的一半所消耗的时间。

10/1000us波形就是Tr=10us,Td=1000us所对应的波形。

如果这篇文章仅把Pppm介绍到这里,有些太浮于表面,不符合硬件微讲堂的调性。我们需要再深入一步。

4、电流波形变化后,Pppm会怎样?

当然。前面说了Vppm有前置条件:给定波形10/1000us。如果测试波形发生调整,Vppm数值也相应变化。

如果给定电流波形调整为8/20us,Pppm会怎样?

为了更有说服力,我们以ST的TVS管SMBJ5.0CA为分析对象。规格书明确写明Pppm=600W@10/1000us波形,如下图所示。

在规格书中发现有Ppp-tp的曲线图,如下图所示

不晓得你看过上图后,是否能够得出8/20us波形对应的Pppm是多少的答案。如果没有,请继续往下,我们一起分析下这幅图。

请跟随我的步伐,从①开始看:

①时间轴找到1ms,即1000us处,向上对应曲线;

②查看1000us处对应的Pppm为600W;

③明确该600W对应的是10/1000us电流波形;

④时间轴找到20us,向上对应曲线;

⑤查看20us处对应的Pppm为4000W;

⑥明确该4000W对应的是8/20us电流波形。

注意:横坐标时间轴是tp,表征脉冲的持续时间,相当于10/1000us波形中的td,而不是单纯的时间t。

5、TVS管的功率选型

前面我们研究了结合Pppm-tp曲线,根据测试波形的不同去识别不同条件下TVS管的功率。下一步我们讨论本文最为关键的问题:如何确定我们选择的TVS管功率是否合适?

搞清楚这个问题前,我们需要明确前置条件:

①测试波形是哪个;

②测试电压是多少,计为Utest;

③测试发生器的内阻是多少,计为Rtest。

通过Ut和Rt,我们可以轻松地计算出实际电路中最大的测试电流Itest。

如果要让TVS管在测试过程中顺利泄放能量(电流),TVS上需要通过的功率Ptest,约为:

所以,我们需要确保所选的TVS管在该测试波形下的Pppm要大于Ptest。注意该测试波形是不是10/1000us波形。如果不是,需要根据上一小节的方法做换算Pppm。

6、总 结

今天要讨论的问题差不多了,2000多字,干货满满!!我们来梳理下今天都讨论了哪几个问题,答案请在文章查找。

①Pppm到底是什么?

②Pppm和Ipp之间有怎样的关系?

③为什么Pppm会有10/1000us波形的前置条件?

④10/1000us波形是什么?

⑥如果前置条件变化,Pppm会怎样?

⑦如何确定我们选择的TVS管功率是否合适?

以上讨论内容,都是基于我的理解。如果有哪里不合适的,欢迎留言指正,谢谢!

怎么样?一个简短的问题,给出的回答可浅可深。我的助攻只能到这里,能否晋升到陆地神仙境一剑开天门,就看你的造化了!

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