TVS的选型计算你做对了吗?（续）

俗话说“书接上回”，那么再写个续集吧！

细心的朋友可能会发现，上一篇写的计算方法针对的是单次的浪涌，比如Surge test一般两次浪涌之间会有30~60 s的间隔时间，这意味着TVS有足够的时间去把吸收的浪涌能量给耗散掉，不会因为热累积而导致TVS温度过高而损坏。

但是，现实中还有一些情况是会有重复浪涌的。比如下图，MOSFET作为低边开关来控制感性负载L，MOSFET会由PWM控制进行周期性的开关，每次关断（turn off）时，L都会因为反向的感应电动式E而产生一个尖峰电压Vspike。

Vspike = L× di/dt (L 大; Ipeak 大；t 小 --> Vspike 大)

此时MOSFET的 Vds需要承受12 V+Vspike的电压，如果Vspike很高的话是有可能会损坏MOSFET的，这时候TVS就有它的用武之地了。

下图这个示例中，MOSFET的Vds=100 V，考虑10%的裕量，TVS的Vc需要<100×90%=90 V以保护MOSFET。



OK, 那么在这种重复浪涌的应用中，如果选用TVS做保护，选型和计算时需要如何来考虑呢？一起来看看吧！

1. 平均功率PAVG的计算

这里我们可以先假设TVS吸收了所有L存储的能量（这是worst case情况，实际上L，R, diode，TVS都会吸收L所存储的能量，做这个假设是为了方便计算）。

电感量: L = 50 mH

峰值电流：Ipeak = V/R = 12/24 =0.5 A

频率：f = 100 Hz

PAVG=1/2 × L x Ipeak^2 × f=1/2 x 50 mH x 0.5^2 x100 =0.625 W

这个结果有什么意义呢？请接着往下看。

2. TVS结温Tj的计算

TVS的SPEC中会有Tj(max)这个参数，绝大多数情况下，只要计算得到的Tj < Tj(max)，我们就可以认为TVS是安全的，不会损坏。

参考下图，取热阻系数Rth(j-a):



这里取焊盘面积Scu=0.5 cm^2，可以得到 Rth(j-a)=92℃/W

Tj = Tamb + PAVG × Rth(j-a) =85 + 0.625 × 92 = 142.5℃

参考SMBJ系列TVS的SPEC：



Tj =142.5℃ < Tj(max) = 150℃

So，这颗SMBJ/600 W的TVS，从平均功率PAVG的角度来说选型是OK的。

3. 确定TVS的VBR

这里需要强调的一点是，在重复浪涌的应用中，首先应该考虑尽量减小Ipeak，也就是流经TVS的电流Ipp。因为如果还是像单次浪涌那样，以Ppp = Ipp × Vc作为评估的标准，那么重复浪涌会造成短时间内的能量累积，TVS无法有效地耗散这些能量，从而导致Tj温度急剧上升而损坏。

根据经验，建议Ipp<1A，参考下图，此时Vc≈VBR。



这个案例中需要选择VBR(max)<90 V的TVS, 参考下表SMBJ70A的VBR(max)=86.0V, 可以满足要求。



计算到这里基本上也就差不多了，如果还有兴趣可以做一下温度校正，公式如下：

Vc(Tj) = Vc(25°C) ×(1 + αT × (Tj − 25°C))
αT=0.105%/℃ (查SPEC得到)
Vc(25℃)=86.0 V
Tj=142.5℃
Vc(Tj=142.5℃) = 86 × (1+0.105%×(142.5-25))= 96.6 V< Vds=100 V

综上所述，SMBJ70A可以满足本次的选型需求。

最后，我想说，其实在重复浪涌的应用中，还有许多值得探讨的地方。比如RCD的snubber电路、压敏电阻MOV等都是可以考虑的保护方案，这篇文章只是起一个抛砖引玉的作用，欢迎交流！