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TVS二极管用于RS232/RS485和CAN应用的选择指南

在许多工业和汽车应用中,保护接口收发器免受各种电过应力事件的影响是一个主要问题。瞬态电压抑制器(TVS)二极管常用于上述用途,因为它们可以通过生成低阻抗电流路径来钳制电压尖峰。
TVS二极管电气特性由几个工艺因素决定。这些参数与TVS电压、电流和额定功率相关,具有多种多样的数值,以适应各种应用。但通过查看元件数据表,就会发现选型并不简单。在本文中,我们将讨论电压参数并展示哪种TVS二极管适用于RS-232、RS-485和控制器局域网CAN)应用。当然,峰值脉冲功率耗散和峰值脉冲电流也是关键参数,它们决定了系统中的放电能力和静电放电ESD)水平。但在这里,我们将重点介绍电压。
TVS电压参数VWM、VBR和VC
当出现不需要的高压瞬变时,TVS二极管应起到钳位的作用;当收发器在正常条件下工作时,它们也应该是“透明的”。因此,首先要查看数据表上的额定关断电压VWM这个参数。VWM也称为额定工作电压,低于该电压则TVS为开路,并具有低待机漏电流。
在选型时,您希望VWM大于推荐的收发器工作区域。随着输入电压升高,TVS开始击穿并在VBR处传导更多电流。但更重要的是最高电压参数VC,即大电流脉冲条件下的钳位电压。VC表示特定脉冲电流下的最大钳位电压。将VC与收发器参数进行比较时,您要确保它不超过集成电路(IC)的绝对最大额定电压。“绝对最大值”是收发器在任何时候所允许的最大电压限值。任何高于该限值的电压都会使收发器处于不安全的运行区域,并可能导致彻底损坏。
示例:RS-232、RS-485和CAN收发器的TVS选型
我们将介绍几个RS-232、RS-485和CAN收发器的示例器件及其TVS二极管的选型。我们从各自的数据表中获取了相关参数,我想通过介绍这些参数值,让您了解不同的元件如何协同工作。
TI的MAX3232是一款常见的RS-232收发器,具有两个发送器和两个接收器。我在图1和图2中突出显示了两个重要参数,分别是±5.4V的工作电压和±13.2V的绝对最大驱动器输出电压。在RS-232标准中,信号摆幅应在±5V以上。在这里,您可以给它留出一些裕度。
图1:MAX3232驱动器工作电压
图2:MAX3232驱动器绝对最大额定值
适用于MAX3232的TVS二极管是Bourns的SMBJ8.0CA。在图3中可以看到,峰值反向工作电压为8V,最大钳位电压为13.6V。
图3:SMBJ8.0CA峰值反向工作电压和最大钳位电压
接下来,我们来看看8引脚RS-485收发器,即TI的THVD1500。根据RS-485标准,RS-485收发器可以在宽共模范围(-7V至12V)下工作(图3)。如图4所示,THVD1500总线引脚的绝对最大电压为±18V。
图4:THVD1500驱动器工作电压
图5:THVD1500驱动器绝对最大额定值
SM712是用于RS-485应用的常见TVS二极管。此TVS具有不对称的反向关断电压,可匹配RS-485应用的共模工作范围。此外,其钳位电压接近TI THVD1500的限值,如图6所示。
图6:SM712反向关断电压和钳位电压
最后但同样重要的是,TI SN65HVD1040A 8引脚CAN收发器具有相当高的绝对最大电压(图7),这可简化TVS的选型。与RS-485类似,CAN总线也可以容忍一些共模电压变化(图8)。
图7:SN65HVD1040A驱动器绝对最大额定值
图8:SN65HVD1040A驱动器工作电压
综合所有因素,Bourns的CDSOT23-T24CAN是适合SN65HVD1040A的一款器件。该器件提供24V的反向工作电压和36V至40V的钳位电压。为了节省空间,我没有在这里复制数据表。但我相信,根据前两个示例,找到相关参数不会太难。
同样,电压参数只是TVS器件电气特性的一部分,但它们是选择TVS时的首要考虑因素。要更好地了解TVS器件的全部特性,您还可以查看其他参数,例如峰值功率和峰值电流。

在许多工业和汽车应用中,保护接口收发器免受各种电过应力事件的影响是一个主要问题。瞬态电压抑制器 (TVS二极管常用于上述用途,因为它们可以通过生成低阻抗电流路径来钳制电压尖峰。

TVS二极管用于RS232/RS485和CAN应用的选择指南

TVS 二极管的电气特性由几个工艺因素决定。这些参数与 TVS电压、电流和额定功率相关,具有多种多样的数值,以适应各种应用。但通过查看元件数据表,就会发现选型并不简单。在本文中,我将讨论电压参数并展示哪种 TVS二极管适用于 RS-232、RS-485控制器局域网CAN)应用。当然,峰值脉冲功率耗散和峰值脉冲电流也是关键参数,它们决定了系统中的放电能力和静电放电 (ESD) 水平。但在这里,我将重点介绍电压。

TVS 电压参数 VWM、VBR 和 VC

当出现不需要的高压瞬变时,TVS 二极管应起到钳位的作用;当收发器在正常条件下工作时,它们也应该是“透明的”。因此,首先要查看数据表上的额定关断电压VWM 这个参数。VWM 也称为额定工作电压,低于该电压则 TVS 为开路,并具有低待机漏电流。

在选型时,您希望 VWM 大于推荐的收发器工作区域。随着输入电压升高,TVS 开始击穿并在 VBR 处传导更多电流。但更重要的是最高电压参数VC,即大电流脉冲条件下的钳位电压。VC 表示特定脉冲电流下的最大钳位电压。将 VC 与收发器参数进行比较时,您要确保它不超过集成电路 (IC)的绝对最大额定电压。“绝对最大值”是收发器在任何时候所允许的最大电压限值。任何高于该限值的电压都会使收发器处于不安全的运行区域,并可能导致彻底损坏。

示例:RS-232、RS-485 和 CAN 收发器的 TVS 选型

我将介绍几个 RS-232、RS-485 和 CAN 收发器的示例器件及其 TVS二极管的选型。我从各自的数据表中获取了相关参数,我想通过介绍这些参数值,让您了解不同的元件如何协同工作。

TI 的 MAX3232 是一款常见的 RS-232 收发器,具有两个发送器和两个接收器。我在图 1 和图 2 中突出显示了两个重要参数,分别是±5.4V 的工作电压和±13.2V 的绝对最大驱动器输出电压。在 RS-232 标准中,信号摆幅应在 ±5V 以上。在这里,您可以给它留出一些裕度。

图 1:MAX3232 驱动器工作电压

图 2:MAX3232 驱动器绝对最大额定值

适用于 MAX3232 的 TVS 二极管是 Bourns 的 SMBJ8.0CA。在图 3 中可以看到,峰值反向工作电压为 8V,最大钳位电压为13.6V。

图 3:SMBJ8.0CA 峰值反向工作电压和最大钳位电压

接下来,我们来看看 8 引脚 RS-485 收发器,即 TI 的 THVD1500。根据 RS-485 标准,RS-485收发器可以在宽共模范围(-7V 至 12V)下工作(图 3)。如图 4 所示,THVD1500 总线引脚的绝对最大电压为 ±18V。

图 4:THVD1500 驱动器工作电压

图 5:THVD1500 驱动器绝对最大额定值

SM712 是用于 RS-485 应用的常见 TVS 二极管。此 TVS 具有不对称的反向关断电压,可匹配 RS-485应用的共模工作范围。此外,其钳位电压接近TI THVD1500 的限值,如图 6 所示。

图 6:SM712 反向关断电压和钳位电压

最后但同样重要的是,TI SN65HVD1040A 8 引脚 CAN 收发器具有相当高的绝对最大电压(图 7),这可简化 TVS 的选型。与RS-485 类似,CAN 总线也可以容忍一些共模电压变化(图 8)。

图 7:SN65HVD1040A 驱动器绝对最大额定值

图 8:SN65HVD1040A 驱动器工作电压

综合所有因素,Bourns 的 CDSOT23-T24CAN 是适合 SN65HVD1040A 的一款器件。该器件提供 24V 的反向工作电压和36V 至 40V 的钳位电压。为了节省空间,我没有在这里复制数据表。但我相信,根据前两个示例,找到相关参数不会太难。

同样,电压参数只是 TVS 器件电气特性的一部分,但它们是选择 TVS 时的首要考虑因素。要更好地了解 TVS器件的全部特性,您还可以查看其他参数,例如峰值功率和峰值电流。

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