上一篇 有對產品浪涌和雷電脈沖的瞬態抑制方法和思路進行了分析，我們再對浪涌防護中TVS的能量計算方法舉例給電子工程師們進行參考。

1）浪涌與EFT及在產品抗擾度測試時的問題及差異

EFT測試是一種高頻的現象。其可以通過輻射，它能很容易地與其他電路產生交叉耦合。浪涌是一種頻率較低但能量較高的現象。它與其他電路很少發生耦合，且這種耦合通常在本質上為感性的。此外，由于都是大電流，浪涌通常更容易受到阻性阻抗路徑的影響，而EFT則是受到電感的影響。

對于沒有金屬殼體的產品或設備，浪涌抗擾度設計需要引起注意。對接口及連接線測試的地方需要有相關的防護器件比如壓敏電阻、TVS等防護器件。

2）典型的器件解決方法

一些常用的瞬態抑制器件的設計如下：

（1）氣體放電管為耐用且壽命長的裝置。它不能直接用在交流線路上，在交流和直流應用中都需要注意其關鍵的參數滅弧電壓；否則容易造成電路的故障。氣體放電管能承受高電壓，但響應時間慢其上升時間為100ns。

（2）TVS管的響應時間非常快，可以達到pS級的上升時間，能承受大功率，但預期壽命有限。

（3）壓敏電阻MOV的響應時間較快，上升時間可達10～20nS，能承受大功率，但要注意其使用中的安全問題。

在解決一些強浪涌能量時，需要使用壓敏電阻、氣體放電管及TVS管的相互配合使用。其設計及使用技巧可參考《開關電源電磁兼容分析與設計》。

3）正確選擇TVS二極管案例

可使用以下參數來選擇TVS二極管：

（1）反向峰值電壓>工作電壓。反向峰值電壓為TVS沒有擊穿時的工作電壓。TVS在信號電壓或電源線電壓時不能被擊穿。

（2）峰值脈沖電流>瞬態電流。TVS必須能承受所施加的高能量脈沖，在測試時不能被損壞。

（3）鉗位電壓<電路或被保護器件的耐受電壓。TVS的鉗位電壓將隨著電流的增加而增加，能比額定的反向峰值電壓高25%。這實際上是保護了設備，但電路必須能承受這種較高的電壓。

（4）所需的最大電流來自于雷電或浪涌電流的要求。

以應用在直流電路器件的15KP48A-TVS二極管來進行分析：

參數

值

10×1000us試驗波形的峰值脈沖耗散功率

15kw

正向峰值浪涌電流，8.3ms的僅單向的單個半正弦波

400A

1. A. 反向峰值電壓：48V

2. B. 擊穿電壓：最小值53.6V ;最大值58.7V

3. C. 最大峰值脈沖電流：194.3A

4. D. 峰值脈沖電流時的最大鉗位電壓：77.7V

注意：當通過二極管的電流增加，其鉗位電壓也會隨之增加，但增加值可能不是很大。因此，當為產品設計過電壓能力時應重點強調這種最大鉗位電壓。

對于15KP48A的TVS管15KW的含義是：最大峰值電流194.3A與其對應的最大鉗位電壓77.7V的乘積為 15KW. 亦即知道某些參數，其它參數是可以通過計算得到。

即194.3A×77.7V≈15KW

注意：設計工程師容易對上面表中的正向峰值浪涌電流（400A）和所選擇的特定TVS二極管的峰值脈沖電流產生混淆。在使用時應該查找所選擇二極管的峰值脈沖電流值。

示例：

標準為：RTCA DO-160F中的雷電感應的瞬態敏感測試：測試電壓300V，儀器內阻為1Ω，測試波形為69us/250us。選擇器件15KP48A進行防護；分析設計。

假設使用雷電發生器的最小源阻抗進行計算：

（1）浪涌的單根線電流I=300V/1Ω=300A   R=1Ω

（2）最高電壓與鉗位電壓之間的差值U1=300V-77.7V=223V

（3）計算其瞬態功率值為P=V2/R=2232/1≈50kW

（4）TVS鉗住此脈沖的總時間t=250us

（5）產生的能量E= V2·t/R=P·t=50kw×0.00025s=12.5J

（6） 器件15KP48A的能量Eq=15kw×1000us=15J

（7） 系統浪涌的測量能量12.5J < 器件能量15J 滿足要求。

（8）器件瞬態峰值電流Iq=U1/R =223V/1R =223A

（9）器件的最大峰值脈沖電流=194.3A <223A;因此，電路中需要增加匹配NTC電阻完成設計。

上述案例是直流電源線上的設計。當在交流電源線上使用瞬態抑制器時，必須考慮如下兩個非常重要的問題：

1. A. 瞬態抑制器的額定擊穿電壓必須大于波形的峰值電壓加上一定的裕量。比如，如果輸入線路電壓為AC120V，那么峰值電壓將為170V。如果瞬態抑制器的額定電壓小于此峰值電壓，其將鉗住每個波形，從而導致抑制器的損壞。

2. B. 考慮線路的過電壓特性。如果交流線路經常遭受10%的過電壓比如132V，那么需要重新考慮峰值電壓以避免燒壞瞬態抑制器。此時使用額定擊穿電壓為200V或更大的瞬態抑制器才是可能的設計。

在實際應用中，很少有在交流電網中使用TVS進行浪涌設計的，這只是一個說明器件的參考選擇方法，請電子工程師們一定要注意應用場合。

產品問題的發生也是跟我們產品設計可靠性相關聯的

更多的電子產品電路可靠性設計系列，會逐漸為大家解開這些設計方面的坑，讓電子設計工程師少走彎路，敬請關注！