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标题: 为什么直流电路只用单向的TVS管就可以？ [打印本页]

作者: csdgavin 时间: 2012-8-28 11:42
标题: 为什么直流电路只用单向的TVS管就可以？
同样单极性信号电路也是只用单向的TVS管便可以？TVS管是反向工作保护的，那么这样只能防护一种极性，另外一种极性不管的话，为什么不会出问题？（信号线我只能理解一半，那就是单极性的信号只要保证它对应的极性电压波动在可识别范围之内就好，对于相反极性的电压，因为无信号识别要求，可以不管。但是如果反向电压太高，不会出问题么？）

作者: csdgavin 时间: 2012-8-28 16:38
回复 2# 化二为一

TVS管在直流源上的接法一般都是将TVS的正极接地，负极接电源。这时电源上的干扰为正向脉冲时，TVS管将反向击穿导通从而将电源的电压钳位在一个低电位。但是如果电源上的干扰为负向脉冲，这时干扰电流为从地向电源线上流（相当于GND的干扰了）。由于干扰电压相对TVS管是正向，所以TVS管不会导通，也就意味着TVS管不工作。。。
程工的意思是不是该二极管有类似于开关二极管（正向导通时它的两端压降为0.7V）的作用，但是TVS是齐纳二极管。不知道它正向导通后压降会是多少。并且电压超过多少才会正向导通？

作者: csdgavin 时间: 2012-8-28 16:45
我看了一下相关资料，关于单极性器件有一个独一的数据：顺向压降，此压降值一般小于3.5V，只是具体单极性TVS管datasheet中并没有看到这个东西。。。
可是问题又来了，如果这样的话，正向导通它的两端压降为3.5V（假设是直流5V的电路，正向导通后两端压差应该在8.5V）。。而反向导通后TVS钳位电压一般都远大于此值（工作电压为5V的TVS管它的钳位电压大概是9.2V即两端电压在9.2V），那么会出现这种情况，相对于应用TVS的反向导通钳位功能，我还不如利用该TVS管的顺向压降。

作者: csdgavin 时间: 2012-8-28 16:57
可是问题又来了，如果这样的话，正向导通它的两端压降为3.5V（假设是直流5V的电路，正向导通后两端压差应该在8.5V）。。
这里应该改为：
TVS管正向接电源，负向接地。则电源上有负向脉冲时，TVS正向导通它的两端压降为3.5V（假设是直流5V的电路，正向导通后两端压差应该在0V-3.5V即-3.5V）。。
如果TVS正向接地，负向接电源。则电源上有正向脉冲时，TVS也正向导通它的两端压降为3.5V（假设是直流5V的电路，正向导通后两端压差应该在5V+3.5V即8.5V）。。

作者: 桃花岛主 时间: 2012-8-28 22:07
理论上说单极性存在一种可能性，即地电位反弹，如果真是这样，我觉得主要路径还是在参考接地与直流GND这个环路，存在直流GND电位高于直流正线的情况，即击穿TVS管形成另一条路径，但应该不是主要路径，大部分还是通过参考接地平板、直流GND回到源头。

作者: courage 时间: 2012-8-29 08:42
楼主这个问题问的太有水平了，我也觉得双极性的好。

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 09:20
回复 6# 桃花岛主

理论上说单极性存在一种可能性，即地电位反弹，如果真是这样，我觉得主要路径还是在参考接地与直流GND这个环路，存在直流GND电位高于直流正线的情况，即击穿TVS管形成另一条路径，但应该不是主要路径，大部分还是通过参考接地平板、直流GND回到源头。

是的，如果静电正向脉冲施加在直流GND，即直流GND电位高于直流正线情况（也就是地电位反弹），其主要路径就是像岛主所分析的一样。但是问题是，静电负向脉冲是施加在直流正线上，即干扰源在直流正线上，而直流GND是相对于正线上的负向脉冲电压是高电位。所以这种情况下直流正线应当是绝对的干扰路径（因为源头在它上面，其它相对于正线为高电位的区域都会向正线输送电流。） (, 下载次数: 52)

我还想问个关于ESD测试的问题。如果静电枪在进行负电压测试时，众所周知，干扰的最终形式还是电流。也就是说用静电枪进行负脉冲电压测试时，电流是流回静电枪么（静电枪相对于被测设备是低电位，按照电流由高电位向低电位移动这一原则，似乎应当是这样的）？这个问题和上面那个问题息息相关的。

作者: 电哈哈 时间: 2012-8-29 10:38
原来是这样阿………………

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 11:16
回复 12# 化二为一

电源系统中，一般有足够的电容（譬如0.1uF\10uF）,加上电源的系统的地平面与VCC的电容效应。因此，ESD、EFT这些低能量的干扰，很难引起地电位的反击。
在电源线上串单向TVS管，作为硬件设计，我主要考虑如下两点：
（1）电压嵌位：防止VCC相对GND的电压过高，通过TVS管，将高电压转化为嵌位电压与大电流，给消耗掉；
（2）防反接：如果工程师不小心，将GND与VCC接反，可能会烧坏板卡，但有了此TVS管，它将短路GND与VCC，烧掉保险丝，从而保护后级电路

这个说的很好！！

电压嵌位，主要针对高能量、低频的浪涌或谐波干扰。如果是ESD，由于电源系统提供了高频更低的阻抗，它根本不会从TVS管中返回（TVS管动作有响应时间，以及有内部阻抗，即使是导通，其内部的阻抗也是不容忽视的）。

这点就不是很理解了！直流电源上加TVS管抑制静电功能从理论上可行的（抛开其防护效果不说），虽然整个电源系统的阻抗较低，但是在电源线上所加的各类器件如电感、电阻及走线的等效电感相对于静电频率它的等效阻抗可不低（在直流源及信号端口的电源及信号线上不加TVS管或压敏电阻对于静电风险非常大，这也是有过教训的）。并且压敏电阻相对于TVS管它的反应时间更长都可以应用于直流的静电防护（这点是在手持机产品里验证过了，效果很好）。

譬如在+5V上常用的TVS管SMCJ6V0(C)A（单向），其嵌位电压为10.3V，其最大峰值电流为0.15A，也就是说，即使它导通，也有100的阻抗。

这个。。根据表中所列项，当嵌位电压为10.3V时，其所对应的测试脉冲电流是145.6A即瞬态电阻为0.07欧

但是电源系统的特性阻抗，一般小于1欧，因此，在电源线上使用TVS管防ESD、EFT等高频电磁干扰，将是设计的笑话。
TVS不能防EFT是很容易理解的，并且也经过了多次实验确认对于EFT是无效的。但是对于防静电，实践上有些产品确实无用，但有些也是非常有效的。。。所以需要慎重点

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 11:20
其实，我们需要讨论的是TVS单极性为什么可以用于直流源及单极性信号线上？
然后还有，负脉冲静电测试时，瞬态电流的流向问题？电流从哪里？流到哪里去？也就是一个干扰路径问题

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 11:23
回复 14# 化二为一

对，能用电阻电容搞定的，坚决不用TVS。。。嘿嘿

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 11:45

电源系统中，一般有足够的电容（譬如0.1uF\10uF）,加上电源的系统的地平面与VCC的电容效应。因此，ESD、EFT ...
化二为一发表于 2012-8-29 10:19

防反接一般都是用整流二极管，TVS如果用来防反接，理论也是可行的。但是因为见的不多，所以TVS在这种运用情况下应该有许多的不足吧？
这个也请帮忙顺便分析一下下（当然，主要还是分析本次主题）。。呵呵

作者: bdkonly 时间: 2012-8-29 13:21
回复 17# csdgavin
直流源和单极性信号可以认为是等效的，都是单极性。假设此单极性信号为正，那么在正常工作时所有负压都是干扰信号，需要直接虑除。如果用双极性TVS,那么击穿电压理论上绝对大于一个二极管正向压降。如果是单极性TVS，那么利用其正向导通电压=0.7V对负压钳位即可。这样一比较，在出现负压时，单极性TVS比双极性TVS的保护效果更好。
静电测试时，静电电荷从静电枪输出口出来，从静电枪的地回去。静电枪基本原理就是一个电容充满电后对外放电，电容的一端接地。

作者: bdkonly 时间: 2012-8-29 13:24
电源线上的高频ESD用电容就能解决，用TVS多余了。

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 13:41
回复 20# bdkonly

回复 17# csdgavin
直流源和单极性信号可以认为是等效的，都是单极性。假设此单极性信号为正，那么在正常工作时所有负压都是干扰信号，需要直接虑除。如果用双极性TVS,那么击穿电压理论上绝对大于一个二极管正向压降。如果是单极性TVS，那么利用其正向导通电压=0.7V对负压钳位即可。这样一比较，在出现负压时，单极性TVS比双极性TVS的保护效果更好。
静电测试时，静电电荷从静电枪输出口出来，从静电枪的地回去。静电枪基本原理就是一个电容充满电后对外放电，电容的一端接地。

“直流源和单极性信号可以认为是等效的，都是单极性。”
——对，直流源与单极性信号在这里可以不用区别考虑。

“假设此单极性信号为正，那么在正常工作时所有负压都是干扰信号，需要直接虑除。”
——正压应当也是干扰信号，它抬升了正常信号的电位，会影响到信号的识别。

“如果用双极性TVS,那么击穿电压理论上绝对大于一个二极管正向压降。如果是单极性TVS，那么利用其正向导通电压=0.7V对负压钳位即可。这样一比较，在出现负压时，单极性TVS比双极性TVS的保护效果更好。”
——这点前面也有分析，可是这样又会产生一个问题：如果这样，我们都利用TVS正向导通时的顺向压降来进行设计不是更好？所以当中肯定还有隐情（如，正向导通时的通流能力问题？是否能特别针对暂态脉冲进行吸收？）！

“静电测试时，静电电荷从静电枪输出口出来，从静电枪的地回去。静电枪基本原理就是一个电容充满电后对外放电，电容的一端接地。”
——正向脉冲按此路径很好理解，因为静电枪头是正向高电位，EUT是相对低电位，电流从高往低处走，后经地回到静电枪。但是负向脉冲时呢？此是静电枪头是低电压，EUT相对是高电位。然道也是这样的电流路径么？

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 13:45
回复 21# bdkonly

电源线上的高频ESD用电容就能解决，用TVS多余了。

呵呵，这里就先不讨论电源线上是否一定要用TVS了！我们只分析单极信号线上用单向TVS就可以满足要求这一工作原理。

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 13:54
非常感谢大家对这个问题的关注。。。希望大家都直抒己见，共同探讨！！

作者: bdkonly 时间: 2012-8-29 14:11
回复 22# csdgavin
1.你认为双向TVS与单向TVS差别在哪？
2.对于静电放电而言，负脉冲的电流路径跟正脉冲的路径正好相反。负脉冲时，电荷从静电枪地出，经EUT之后从静电枪放电端口回。

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 14:33
回复 25# bdkonly

双向TVS是两个单向TVS的组合，不论干扰极性为什么都可以做到反向击穿钳位。

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 14:48
回复 25# bdkonly

2.对于静电放电而言，负脉冲的电流路径跟正脉冲的路径正好相反。负脉冲时，电荷从静电枪地出，经EUT之后从静电枪放电端口回。

电荷分正负，当进行正脉冲放电时，静电枪头布满了正电荷。当静电枪靠近或接触EUT时，静电枪头的正电荷转移到EUT上。同时当进行负脉冲放电时，静电枪头布满了负电荷，接近EUT后将负电荷转移到了EUT。

作者: bdkonly 时间: 2012-8-29 14:55
回复 26# csdgavin

真的？负压为-0.8V也能击穿双向TVS?

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 14:58
关于静电的电流走向问题应该用电荷的移动来代替，这样没那么抽像也更易理解。

电流的方向是正电荷的定向移动的方向或者负电荷的定向移动的反方向。
所以当静电正脉冲测试时，EUT带正电荷，该正电荷经EUT电路及地线（或EUT对地电容）回到静电枪，所以电流方向为静电枪—EUT—地—静电枪。
而当静电负脉冲测试时，EUT被赋予了负电荷，该负电荷同样经EUT电路及地线（或EUT对地电容）回到静电枪。但电流显示的流向与正电相反。所以用电荷来考虑静电的流向比用电流更直观。

作者: bdkonly 时间: 2012-8-29 15:00
回复 26# csdgavin
一般情况下，单极性电路（架设是正压）对于负压信号会更敏感，比如一个工作在0V~5V的IC，对其电源端与地端施加一个-1.5V的负压脉冲，这样很有可能将其损坏。一个双向TVS在这种电压下表示无能为力，而单向TVS利用二极管正向钳位可以很好的保护这个IC不受致命伤害。
这样分析你觉得呢？

作者: bdkonly 时间: 2012-8-29 15:01
回复 29# csdgavin
哦，个人习惯吧。我学EMC只学到了两个点，电流与阻抗。

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 15:18
回复 28# bdkonly

“真的？负压为-0.8V也能击穿双向TVS?”
我不是很理解这句话是什么意思？您是指当两个单极TVS管反向串联成类似一个双极TVS管时，其中一个TVS管正向导通后它的压降为0.8V么？但是我们要区分这个“压降”的意思，它可不是指钳位到0.8V，而是指TVS两端的压差为0.8V。也就是说当干扰电压是10V时，经TVS正向导通后，电压变为9.2V。。。

作者: bdkonly 时间: 2012-8-29 15:20
回复 32# csdgavin
这………………你这个基本概念没有搞清楚，建议先去看看书，看看二极管钳位是怎么做到的。

作者: bdkonly 时间: 2012-8-29 15:22
回复 32# csdgavin
不理解？在电源和地之间并联tvs，这不能理解？

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 15:29
回复 30# bdkonly

回复 26# csdgavin
一般情况下，单极性电路（架设是正压）对于负压信号会更敏感，比如一个工作在0V~5V的IC，对其电源端与地端施加一个-1.5V的负压脉冲，这样很有可能将其损坏。一个双向TVS在这种电压下表示无能为力，而单向TVS利用二极管正向钳位可以很好的保护这个IC不受致命伤害。
这样分析你觉得呢？

在这种条件下是这样的，但是我们知道一般ESD测试时电压是远远高于这个值的。那当信号线上耦合到负压信号为1000V时，仅靠单极TVS管的正向导通产生的压降那危害不是更大。。。

作者: bdkonly 时间: 2012-8-29 15:30
回复 36# csdgavin
为什么危害更大？解释下看看

作者: bdkonly 时间: 2012-8-29 15:35
回复 35# 化二为一
楼主要讨论单极性信号为啥不用双向TVS，并且不讨论在电源线上用TVS的合理性。
那么就讨论单极性信号线上为啥不用双向TVS，我的解释就是双向tvs对负压的保护能力更差（假设此单极性信号线正常电压为正）。

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 15:38

回复 csdgavin
不理解？在电源和地之间并联tvs，这不能理解？
bdkonly 发表于 2012-8-29 15:22

32#

发表于 11 分钟前 | 只看该作者

回复 28# bdkonly

“真的？负压为-0.8V也能击穿双向TVS?”
我不是很理解这句话是什么意思？您是指当两个单极TVS管反向串联成类似一个双极TVS管时，其中一个TVS管正向导通后它的压降为0.8V么？但是我们要区分这个“压降”的意思，它可不是指钳位到0.8V，而是指TVS两端的压差为0.8V。也就是说当干扰电压是10V时，经TVS正向导通后，电压变为9.2V。。。

呃，我自然明白TVS并联在电源和地之间。但是我不明白“负压为-0.8V也能击穿双向TVS？”这个问题？

作者: bdkonly 时间: 2012-8-29 15:44
回复 39# csdgavin
哎，看来是我表达有问题。
这样，问楼主一个问题：在一个双向tvs上施加一个-0.8v的电压能否将其击穿？如果换作单向TVS呢？
很显然，不论你这个-0.8V怎么加在双向tvs上，这个tvs不会击穿，-0.8v还是-0.8v 。如果是单向TVS，这个-0.8V可以让其正向导通，-0.8V可以变成-0.7v，这就是区别。

作者: bdkonly 时间: 2012-8-29 15:45
可惜在公司，不能上传图片。

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 15:54
“ 一般情况下，单极性电路（架设是正压）对于负压信号会更敏感，比如一个工作在0V~5V的IC，对其电源端与地端施加一个-1.5V的负压脉冲，这样很有可能将其损坏。一个双向TVS在这种电压下表示无能为力，而单向TVS利用二极管正向钳位可以很好的保护这个IC不受致命伤害。”
————理解，当-1.5V的负压脉冲来时，由于双向TVS不会动作（这样低的电压不可能会动作），所以会导致芯片损坏。而单极性TVS会正向导通从而保护了这个IC（但需要理解的是正向导通后的TVS只是会有一个顺向压降，并不能像反向导通时进行钳位，且它的压降一般小于3.5V，常见的也就是0.7V左右）
也就是说正向导通后它会拉低这个干扰负压脉冲的电压值0.7V左右。

那么我假设负压脉冲升高到了1000V，那仅通过正向导通来拉低0.7V，相当于没有降低。这时候IC不是坏的更彻底。。。

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 15:55
回复 43# 化二为一

但干扰电压远大于这个值的。。。

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 16:00
回复 38# bdkonly

非常感谢bdkonly 的热心帮助，让我了解了很多东西。。之所以这样要求，只是为了防止偏离了主题，便于集中交流。。。

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 16:14
回复 40# bdkonly

回复 39# csdgavin
哎，看来是我表达有问题。
这样，问楼主一个问题：在一个双向tvs上施加一个-0.8v的电压能否将其击穿？如果换作单向TVS呢？
很显然，不论你这个-0.8V怎么加在双向tvs上，这个tvs不会击穿，-0.8v还是-0.8v 。如果是单向TVS，这个-0.8V可以让其正向导通，-0.8V可以变成-0.7v，这就是区别。

呵呵，我理解也有点儿问题。

我了解单向TVS在正向导通时会有一个压降。但它的降幅是很低的。所以它的正向导通功能仅在低电压幅度有优势。
而TVS反向击穿产生的钳位功能确能把干扰电压固定在一个也相对较低的值。所以对于高压，TVS的反向功能更有优势。
而目前静电的干扰幅度应该说不太可能会很低吧（并且我们也不能把它当低电压来处理）。。。

其实现在问题的焦点在于：单极性TVS管在单极性信号线上的应用，它是如何解决信号线上负电压脉冲问题。（低压大家解释的都很清楚了，高压呢？假设信号线存在-100V的干扰电压吧）。
分析思路并不一定非要从TVS管下手，可也以分析单极信号的工作原理等相关东西。。。也许就是个突破口。。

作者: bdkonly 时间: 2012-8-29 16:16
回复 44# csdgavin
"也就是说正向导通后它会拉低这个干扰负压脉冲的电压值0.7V左右。"
错！
正确的是：“正向导通后它会将这个干扰负压脉冲的电压值强制拉低到0.7V左右”
也就是说，如果来的是-1v，那么到了二极管这里会被二极管直接拉到-0.7v。（假设二极管可承受的功率无穷大）
如果来的是-100v，到了二极管这里也会被二极管直接拉到-0.7v。（假设二极管可承受的功率无穷大）
哪怕是-1000v，到了二极管这里也会被二极管直接拉到-0.7v（假设二极管可承受的功率无穷大）

作者: bdkonly 时间: 2012-8-29 16:19
回复 47# csdgavin

如果还不明白，建议先看看童师白老爷子的《模拟电子技术基础》第四版，找到二极管的章节好好看看二极管导通特性。

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 16:23
回复 48# bdkonly

回复 44# csdgavin
"也就是说正向导通后它会拉低这个干扰负压脉冲的电压值0.7V左右。"
错！
正确的是：“正向导通后它会将这个干扰负压脉冲的电压值强制拉低到0.7V左右”
也就是说，如果来的是-1v，那么到了二极管这里会被二极管直接拉到-0.7v。（假设二极管可承受的功率无穷大）
如果来的是-100v，到了二极管这里也会被二极管直接拉到-0.7v。（假设二极管可承受的功率无穷大）
哪怕是-1000v，到了二极管这里也会被二极管直接拉到-0.7v（假设二极管可承受的功率无穷大）

终于找到咱们的分歧点在哪了。。。。
我的理解是TVS正向导通电压并不是直接拉到-0.7V。而是原先的电压下降0.7V。即1V的电压降为0.3V，10V的电压降为9.3V。而只有TVS反向导通才会不论电压高到什么值都钳位在一个最大钳位电压值。。。。这就是我们两对单极TVS管工作原理的本质分歧。。。

作者: bdkonly 时间: 2012-8-29 16:25
回复 50# csdgavin
所以呢，理论基础不扎实就是这后果。

作者: bdkonly 时间: 2012-8-29 16:26
回复 50# csdgavin
楼主你是南车的么？

作者: csdgavin 时间: 2012-8-29 16:33
回复 51# bdkonly

呵呵，感谢感谢！！没转过弯来。。嘿嘿

作者: rubbishman 时间: 2012-8-30 09:47
我的理解是这样的：
TVS与被保护IC进行并接，如果单向TVS在遭受负脉冲电压骚扰时，不管脉冲电压峰值达到多大，流经TVS后，TVS两端电压就是TVS的正向压降（假如正向导通压降为0.7V），此时IC两端电压应该就是0.7V（此处仅针对骚扰电压，不涉及IC工作电压问题）；如果换作是双向TVS，在同样负脉冲电压骚扰时，TVS呈现的是反向击穿状态，虽然也是两端钳压，但是电压值却是比0.7V高很多，作用的话肯定不如单向TVS好

作者: csdgavin 时间: 2012-8-30 11:34
(, 下载次数: 39)
再关注一下，单极TVS管的参数特性。因为任何器件都是有它的工作范围的。上图是单极TVS管正向状态时的一些参数。它的峰值正向电流是40A,瞬态正向电压是3.5V(测试脉冲电流是35A) 除此之外没有看到其它相关参数。
如果选用单极TVS管进行设计（之前只用过双向TVS管）。它的最大正向工作电压如何判定(即正向脉冲电压超过多少时，会超出该二极管正向导通工作范围)？。除此之外，还有其它什么不同于双向TVS管需要特别注意的么（如单向TVS管需要特别注意它的连接方向等）？

作者: chenweidiy 时间: 2012-8-30 23:40
回复 10# 化二为一

不愧是元老，正向钳位作用；TVS管反接；
反向的话，一般我们电路设计的时候，电源进来会有自恢复保险丝；TVS管正接；
又会保护好电路；后板级电路不会烧坏；

但是要考虑的问题：TVS管的选择问题；保险丝保护电流大小问题；

作者: sarenbarci 时间: 2012-9-7 09:15
学习了

作者: slxyc 时间: 2012-9-25 09:08
bdkonly说的太好了，赞同。总结下，单端信号或直流电源，正极靠单极性TVS击穿，反向靠二极管正向稳压，电压大概0.7V，因为单端信号另一极常为GND，所以0.7V不会有什么影响，而如果不使用TVS用二极管保护，那么单端信号被稳压在0.7V，如果后级电压大于0.7，此时电路可能工作异常了，所以，单端信号可以用单向TVS，但不能用二极管代替单向TVS。

作者: jxhsl 时间: 2012-10-12 23:18

防反接一般都是用整流二极管，TVS如果用来防反接，理论也是可行的。但是因为见的不多，所以TVS在这种运用情 ...
化二为一发表于 2012-8-29 15:29

TVS用于防反接，应该不可行，如反向浪涌电压，tvs击穿保护，这样电路是不是会复位呀。防反二极管应该是用整流二极管。

作者: hgj271 时间: 2012-10-16 23:01
回复 16# csdgavin

我在以前做过一下实验，有TVS管来防ESD还是比较有效果的，你说是笑话我很是不知道这个笑话从何说起。

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