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如何为IO-LINK设备选择合适的TVS二极管?

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来源:发布日期 2020-04-18 14:36:35浏览:-
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工业环境对集成电路(IC)具有苛刻的工作条件,而IO-Link®收发器的设计越来越强大的,外部保护通常还需要保护从外部产生的破坏性条件下,如电压浪涌由事件引起的诸如来自雷击或静电放电(ESD)事件的装置和系统能量放电引起的电弧放电。

IO-Link标准(IEC 61131-9)越来越多地用于工业系统中,以与智能传感器和执行器进行通信。该标准包括通过某些级别的EMC抗扰性测试的系统要求,包括静电放电(IEC 61000-4-2)和电快速瞬变/突发(IEC 61000-4-4)。尽管IO-Link标准不需要浪涌(IEC 61000-4-5)测试,但用户通常会要求进行浪涌测试。

保护系统免受电瞬变的影响

当诸如ESD或电涌脉冲之类的高压瞬态事件到达PCB上的器件时,必须采取某种形式的系统保护措施,以避免过电压尖峰导致的损坏超过灵敏IC的绝对最大(绝对最大值)。根据系统的不同,可能需要对电源和/或接口线进行保护,就像IO-Link一样。

因此,电路上的任何保护设备都必须在正常情况下处于空闲状态,以允许数据无误地通过线路,但必须在发生瞬态事件时起作用。此类用途的常见设备是TVS二极管,它由许多供应商生产,并针对不同的电压,功率和形状因数提供多种配置。

TVS二极管术语

反向隔离电压(V RM

也称为最大工作峰值电压,这是设备的正常工作阈值电压。当二极管两端的施加电压小于此阈值时,TVS二极管将对被保护电路显示为高阻抗。

反向击穿电压(V BR

也称为击穿电压,这是TVS二极管开始传导指定电流量的电压阈值。电压V BR不应超过其所保护IC的绝对最大额定值。

钳位电压(V CL

过电压瞬变被限制在由V CL定义的电平,这是整个受保护电路上看到的最大电压电平。始终为给定的峰值脉冲电流(I PP)定义电压V CL

峰值脉冲电流(I PP

这是TVS二极管可以承受而不损坏的最大浪涌电流。峰值脉冲电流是根据浪涌电流瞬变波形定义的,在大多数工业应用中,其额定值为8 / 20µs,其中8µs表示达到峰值的上升时间(t 1),而20µs表示脉冲持续时间,直到电流降至50%峰值(t 2)的最大值。

选择TVS二极管的准则

TVS二极管供应商在其数据表中包括通用的选择指南,但是要考虑的最重要的事项是要保护的电路的电气特性以及该电路需要满足的测试方法/标准。最常引用的标准是IEC 61000-4-5。明确规定了测试标准,包括电压水平,电流水平以及如何将瞬变施加到设备或系统上。对于IO-Link传感器,典型值为±1kV /500Ω,对于IO-Link主站,其典型值为±1kV,带有42Ω+ 0.5µF耦合。

若要选择一个TVS二极管,请按照下列步骤操作:

选择隔离电压高于正常工作电压的二极管,确保TVS二极管的最大钳位电压小于要保护线路上所有设备的绝对最大额定值。重要的是要在瞬态事件期间(例如,较高的导通电流将导致较高的钳位电压)和不存在瞬态事件的正常运行期间都考虑工作。

验证指定的峰值电流是否超过预期的峰值电流,确保指定了二极管以在瞬态事件中处理所需的功率。二极管太小或未针对给定电流设计的二极管可能会发生故障,并在电涌或EFT事件中导致电路损坏。

计算所选二极管的最大钳位电压(V CL)。TVS二极管数据表通常在零件选择表中列出给定IPP V CL,但是,对于其他峰值脉冲电流,该V CL可能无效。为了适应其他IPP值,TVS二极管制造商在数据手册中提供了一个公式来计算V CL。使用此公式可以计算给定I PPV CL

IO-Link保护

IO-Link设备(传感器收发器或主收发器)具有4个需要保护的引脚(L +C / QL-DI / DO)。例如,在进行电涌保护测试时,这些引脚需要承受任意两个引脚之间的电涌脉冲,同时具有负极性和正极性电涌。了解这些引脚的绝对最大额定值对TVS二极管选择的影响非常重要。以下示例说明,IO-Link收发器的abs最大值较高,可以使用体积更小的TVS产品,从而节省了电路板空间和成本。

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