在设计中选择使用哪种器件时,拥有一个分步指南能大大简化流程,使其更快捷。以下是在热插拔应用中如何选择TVS 器件的方法。
图 1. * 基于 54V 直流电源架构的框图。
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选择最小截止电压VR。本例中考虑了5%的容差:
V_{IN}=54 \rightarrow V_R=105\%V_{IN}=1.05(54V),
\;\;V_{R}=56.7V. -
根据电路最坏情况特性获取最大预期脉冲电流 I_P 。
本示例采用480A的峰值电流。
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设计人员应预先筛选一些符合步骤1所设定工作电压的TVS器件。MCC的SMC 5kW系列提供可靠的TVS选项,以下型号满足截止电压要求。我们将评估这些器件是否适用于本应用:
• 5.0SMLJ58A
• 5.0SMLJ60A
• 5.0SMLJ64A
• 5.0SMLJ70A -
下一步是确定瞬态期间的钳位电压𝑉𝐶。使用以下
公式:V_C=I_P\left(\dfrac{V_{C(Max),8/20\mu s}-V_{BR}} {I_{PP,8/20\mu s} }\right)+V_{}BR.
V_C=480 A\left(\dfrac{125V-70.37V} {320A }\right)+70.37,
V_C=152.15V.图 2 。 5.0SMLJxxxx
TVS系列数据手册中的重要参数表。 -
随后,利用上一步计算的𝑉𝐶和估算的𝐼𝑃,得出瞬态脉冲期间TVS的功耗:
P_P=V_CI_P=152.15V\left(480A\right)=73.03W.
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脉冲持续时间∆𝑡𝑑将通过输入寄生电感用以下公式估算。
V_L=L_{parasitc}\dfrac{di_L}{dt}\approx L_{parasitc}\dfrac{\Delta i_L}{\Delta t},
\Delta t_d=\dfrac{L_{parasitic} I_P}{V_C-V_{IN}},代入前几步所得数值,
本示例得到的时间为:t_d=\dfrac{L_{parasitic} I_P}{V_C-V_{IN}}=\dfrac{500nH\cdot4890A}{152.15V-54V},
t_d=2.45\mu s. -
在此步骤及下一步骤中,将确定单个TVS的功率能力。步骤6中脉冲持续时间∆𝑡𝑑
所允许的峰值脉冲功率𝑃𝑃𝑃如
图3所示。该元件可耗散的功率略高于80kW。
图 3. 5.0SMLJxxxx TVS 的峰值脉冲功率额定曲线。 -
至此,下一步是降额允许的P_{PP}PPP,以考虑应用中预期的最高环境温度。建议纳入附近元件引起的热效应。图4中显示了125°C的最高温度。
图 4. 5.0SMLJ60A TVS 的温度峰值脉冲降额曲线。
在本例中,降额后元件最终允许的最大功率为:
P_{PP@125°C}=35\%P_{PP}=35\%82kW=28.7kW.
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为确保TVS成功应用,步骤8的总降额功率必须高于步骤5计算的TVS峰值功率,并留有至少50%的余量,以保证元件和应用的可靠性:
\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;P_{PP@125°C}>1.5P_P.
本例结果如下:
P_{PP@125°C}=28.7 kW,\\ \;\;\;\;\;\;1.5P_P=109.6kW.
功率条件未满足,应重新进行TVS
选择的9步流程迭代。但有两种解决方案:
a.分析具有更高功率能力的其他器件。
b.并联使用多个相同TVS元件以分配功率。
表 1 总结了120A、160A和480A三种不同I_PIP值的计算结果。
绿色标注案例满足步骤#9的功率条件,仅需单个
器件。
表 1. 5.0SMLJxxxx MCC 系列 TVS 器件的数据手册参数及计算的 P_P 和 td 值,展示数据手册参数与本工作计算结果。
如需深入了解,请参阅应用笔记:《热插拔控制器应用笔记:提升数据中心可靠性》




