选择二极管钳位还是选用 TVS 保护【EMC学习】

【现象描述】

某产品有 2 MHz频率的接口电路。由于该产品的应用环境要求，该电路需要进行浪涌保护设计，并 进行1kV的浪涌测试。该接口电路的保护电路采用 SGS-THOMSON公司推荐的 TPN3021和 DA108S1RL所组成的电路， 如图1所示。在浪涌测试时，发现该接口不能满足浪涌测试指标。

【原因分析】

如图1所示的原理图中，采用二极管 DA108S1RL构成钳位电路。由于二极管的PN 结具有单向导电性能，并具有较高的相应时间，故当浪涌干扰电压高于二极管的正向导通电压时，二极管导通，其后一级电路会得到保护。图中的电阻 R5、R6 起限流保护作用。在理想情况下，可将a 点电位钳位在-0. 7~+5. 7 V 之间。由于 a 点到二极管引脚和二极管引脚到 VCC、GND 之间存在寄生电感， 二极管存在结电容及二极管的相应时间， 所以实际施加浪涌干扰时，a 点电位只能被钳位在±1 0 ～±20 V 之间

图1中， 由 DA108S1RL构成的钳位电路并没有想像中的那样将干扰电压钳位到很低。在查看接口芯片的资料时发现，该芯片的接口可以承受的浪涌电压为18 V。可见，浪涌测试时，a点电位高是引起DS2154损坏的主要原因。

因此如果找到一个钳位电压更低（小于18 V)的保护电路，则该问题将得到解决。

【处理措施】

通过上面的分析，a 点耦合电位高是引起DS2154 损坏的主要原因。用ProTek 公司的TVS 器件PSOT05 替代DA108S l RL 可以起到更好的钳位和泄放作用。

TVS 是利用反相击穿原理来进行过压保护的一种特殊二极管。TVS 抗浪涌能力很强，工作电压和启动电压较低，同时瞬变响应时间也比较快，结电容也较低。故此，TVS 器件成为电子设备的理想保护器件。

PSOTO5 的典型击穿电压（启动电压）为6 V 左右， 峰值功率为300 W (8/20 µs 脉冲波形），结电容的容量为5 pF。a点电位高于启动电压时，VD1被反向击穿，与 GND 之间形成泄放回路。可以有效地保护接口芯片。

【思考与启示】

(1) 二极管（包括肖特基二极管、高速二极管、PIN 二极管）和 TVS 均可以作为瞬态干扰的保护， 但是保护原理不一样。二极管利用正向导通特性； TVS 利用反相击穿原理。二极管与TVS 相比通常具有更低的结电容，设计时一定要权衡其利弊。

(2) 如果使用二极管作为瞬态干扰的保护，则建议使用相应时间较快的二极管。

注：以上用例来自《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》