降低TVS自身寄生电容的两种方法

在电子设计中,产品往往要经过 EMC 测试,例如 IEC61000-4-5 标准的 EMC 测试,也就是通过模拟静电、浪涌等电子危害来验证电子产品的可靠性。然而,静电,电涌等这些具有非常大的瞬态能量的干扰,会对集成电路造成破坏,所以在实际工程应用中我们会考虑使用 TVS 进行抑制保护。

根据干扰能量等级的不同,我们会选择不同瞬态功率的 TVS(Pppm=钳位电压×瞬态峰值电流),也就是 TVS 瞬态电流(Ippm)的承受能力。为了获得大一些的承受能力(较大的 Pppm),TVS 的截面积就会增加,然而,这样就会导致电容量 C 的增加。C 太大将使有用信号衰减,这是不利的,特别是在频率较高的电子系统中。

因此,接下来就介绍两种降低 TVS 管自身寄生电容的两种方法。

一、TVS 管串联二极管

TVS 管自身带有寄生电容,同样,二极管自身也带有寄生电容,将 TVS 管和二极管串联,其实就是将二者的寄生电容串联,以此来减少寄生电容的影响。如图 1 所示。

降低TVS自身寄生电容的两种方法
图 1 TVS 管串联二极管

二极管串联支路是用于正负两种极性暂态过电压保护。普通二极管的寄生电容约为 50pF,该电容与 TVS 的寄生电容串联后,其总的支路电容将有较大幅度的减小。在被保护电子系统正常运行时,当 AB 两线之间电压超过 0.6V 后,普通二极管即开始导通,同时向 TVS 的寄生电容充电,一旦将其充满,作用于二极管上的电压将小于 0.6V,使它停止导通,则这条支路将不再从系统中吸收电流,处于开路状态,从而不影响系统的正常运行。

二、利用整流桥降低 TVS 管的寄生电容

这种方法,类似于第一种方法,如图 2 所示。

降低TVS自身寄生电容的两种方法
图 2 利用整流桥降低 TVS 管的寄生电容

在该图中,AB 线间电压必须超过 1.2V 才能将 TVS 寄生电容充电,使保护电路停止从正常运行的系统中吸收电流。当采用分立元件来组装这些保护电路时,元件间连线的寄生电感是一个需要重视的问题。当使用分离元件时,需要使用减小寄生电感的方法。

此外,图 1 和图 2 所示的保护电路通常是,用于抑制差模过电压。为了实施在平衡线路中对共模过电压的防护,可以采用图 3 所示的保护电路。

降低TVS自身寄生电容的两种方法
图 3 TVS 保护电路

由于普通二极管动作较慢,因此上述两种方法虽然能减小寄生电容,但同时也带来了副作用,即牺牲了整个保护电路一定的响应速度。因此需要根据具体应用来考量。

此应用的分析是基于电容串联,总电容减小的基本概念。在具体的 TVS 产品中其实也做到了这一点,这些封装的容值可以做的比较低,同里面的二极管有一定关系。

降低TVS自身寄生电容的两种方法
图 4 TVS 产品

另外集成封装类型的 TVS 由于本身的制造工艺要求,也需要用到这种 TVS 与二极管串接的方式。比如常见的 2510 封装 4 路 TVS,主要用于 HDMI 和 USB3.0,容值可以做到 0.2-0.4PF。

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