如何根據額定電壓為 RS-232、RS-485 和 CAN 選擇 TVS 二極管

時間：2021-12-14 10:16:12

關鍵字： CAN RS-485 TVS 二極管

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[導讀]在許多工業(yè)和汽車應用中，保護接口收發(fā)器免受各種電氣過載事件的影響是一個主要問題。瞬態(tài)電壓抑制二極管（Transient Voltage Suppressor）簡稱TVS，是一種二極管形式的高效能保護器件。

1.前言

在許多工業(yè)和汽車應用中，保護接口收發(fā)器免受各種電氣過載事件的影響是一個主要問題。瞬態(tài)電壓抑制二極管（Transient Voltage Suppressor）簡稱TVS，是一種二極管形式的高效能保護器件。當TVS 二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時，它能以10的負12次方秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩梗崭哌_數千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預定值，有效地保護電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。

TVS 二極管的電氣特性由幾個工藝因素決定。與 TVS 電壓、電流和額定功率相關的參數具有多種值，以適應各種應用。但是在查看組件數據表時，它并不總是一個簡單的選擇。在這篇文章中，我將討論電壓參數并展示適合 RS-232、RS-485 和控制器局域網 (CAN) 應用的 TVS 二極管類型。當然，峰值脈沖功耗和峰值脈沖電流也是決定系統(tǒng)放電能力和靜電放電 (ESD) 水平的關鍵參數。但在這里，我將專注于電壓。

2.TVS 電壓參數 VWM、VBR 和 VC

當出現不需要的高壓瞬變時，TVS 二極管應該充當鉗位。當收發(fā)器在正常條件下工作時，它們也應該是“透明的”。因此，數據表上要查看的第一個參數是額定關斷電壓 VWM。VWM 也稱為額定工作電壓，低于該電壓時，TVS 看起來像開路，待機漏電流很低。

進行選擇時，我們希望 VWM 大于對講機的推薦工作區(qū)域。隨著輸入電壓升高，TVS 開始擊穿并在 VBR 處傳導更多電流。但更重要的是最高電壓參數 VC 是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)器參數進行比較時，我們需要確保它不超過集成電路 (IC) 的絕對最大額定電壓?！敖^對最大值”是收發(fā)器在任何時候都可以看到的最大電壓限制。任何高于它的電壓都會使收發(fā)器處于不安全的操作區(qū)域，并可能導致永久性損壞。

示例：RS-232、RS-485 和 CAN 收發(fā)器的 TVS 選擇

我想展示一些 RS-232、RS-485 和 CAN 收發(fā)器以及我會為它們選擇的 TVS 二極管的示例。我已經從每個數據表中獲取了相關參數，通過查看數字，我想我可以讓我們了解不同的組件如何協同工作。

一種流行的 RS-232 收發(fā)器是 TI 的 MAX3232，帶有兩個發(fā)送器和兩個接收器。我在圖 1 和圖 2 中突出顯示的兩個關鍵參數分別是 ±5.4V 的工作電壓和 ±13.2V 的絕對最大驅動器輸出電壓。在 RS-232 標準中，信號擺幅應在 ±5V 以上。在這里，我們可以為它留出一些余量。

圖 1： MAX3232 驅動器工作電壓

圖 2： MAX3232驅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，可以看到工作峰值反向電壓為8V，最大鉗位電壓為13.6V。

圖 3：SMBJ8.0CA 工作峰值反向電壓和最大鉗位電壓

現在，讓我們看看 8 針 RS-485 收發(fā)器，TI 的 THVD1500。RS-485 收發(fā)器可在符合 RS-485 標準的寬共模范圍（-7V 至 12V）下工作（圖 3）。如圖 4 所示，對于THVD1500，總線引腳的絕對最大電壓為 ±18V 。

圖 4： THVD1500驅動器工作電壓

圖 5： THVD1500驅動器絕對最大額定值

RS-485 應用的常見 TVS 二極管是 SM712。該 TVS 具有不對稱的反向隔離電壓，以匹配 RS-485 應用的共模工作范圍。此外，其鉗位電壓接近 TI THVD1500 的極限，如圖 6 所示。

圖 6：SM712 反向關斷電壓和鉗位電壓

最后但并非最不重要的是，TI SN65HVD1040A 8 引腳 CAN 收發(fā)器具有相當高的絕對最大電壓（圖 7），這使得 TVS 選擇更加容易。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 驅動器絕對最大額定值

圖 8：SN65HVD1040A 驅動器工作電壓