据说可以防静电和浪涌的P6KE30CA

公司有些变送器之前在最后一道校准时,经常发生烧毁的情况。所以在电路的防反接的M7二极管前面又增加了一个TVS二极管,型号P6KE30CA。但愿加了这个好使把。今天又研究了一下这个TVS管子,把搜索到的东西记录一下。放这里备忘把,忘记了来翻翻~~

名称中各字母的含义:

例:P6KE20A是单向的;P6KE30CA是双向的。


        TVS 二极管工作原理 TVS(Transient Voltage Suppressors)二极管,即瞬态电压抑制器,又称雪 崩击穿二极管,是采用半导体工艺制成的单个 PN 结或多个 PN 结集成的器件。 TVS 二极管有单向与双向之分,单向 TVS 二极管一般应用于直流供电电路,双 向 TVS 二极管应用于电压交变的电路。当应用于直流电路时,单向 TVS 二极管 反向并联于电路中,当电路正常工作时,TVS 二极管处于截止状态(高阻态), 不影响电路正常工作。当电路出现异常过电压并达到 TVS 二极管击穿电压时, TVS 二极管迅速由高电阻状态突变为低电阻状态,泄放由异常过电压导致的瞬时 过电流到地,同时把异常过电压钳制在较低的水平,从而保护后级电路免遭异常 过电压的损坏。当异常过电压消失后,TVS 二极管阻值又恢复为高阻态。

TVS 二极管选型指南
1)要确定被保护电路中的最大直流或连续工作电压,电路的额定标准电压和“高 端”容限;
2)TVS 管的额定瞬态功率要大于电路中可能出现的最大瞬态浪涌功率;
3)TVS 管的截止电压要大于被保护电路的最高工作电压;
4)TVS 管的最大钳位电压要小于后级被保护电路中的损坏电压;

5)确定好 TVS 管最大箝位电压后,其峰值脉冲电流要大于瞬态浪涌电流;
6)对于数据接口的电路保护,还需注意选取具有合适电容的 TVS 二极管。比如: 当信号频率或传输速率较高时,应选用低电容系列的 TVS 管;
TVS 二极管参数详解
• VRWM :截止电压, TVS 二极管的最高工作电压,可连续施加而不引起 TVS 二极管劣化或损坏状态下,达到的最大的直流电压或交流峰值电压。 在 VRWM 下,TVS 二极管是不工作的,不导通。
• VC:钳位电压,施加规定波形的峰值脉冲电流 IPP时,TVS 二极管两端测得的 峰值电压。
• VBR:击穿电压,是 TVS 管的最小雪崩电压。指在 V-I 特性曲线上,在规定的 脉冲直流电流 IT 或接近发生雪崩的电流条件下测得 TVS 两端的电压。
• IR:漏电流,亦称待机电流。在规定温度和最高工作电压条件下,流过 TVS 二 极管的最大电流,其值是在截止电压下测量的。
• IPP: 峰值脉冲电流,一般在 10/1000μs 电流波形下的峰值。

当5V的电源电压经过时,这个TVS的阻抗非常高,可达几百万欧姆,此时TVS可以看成是开路状态;

当尖峰电压来临时,这个TVS的阻抗又变的极低,不到0.5欧姆,此时电压尖峰的能量通过TVS流向了负极,相当于TVS把后面电路给短路了。

        设备的工作电压一定要小于Vrwm。当电流小于Vrwm时,它的漏电流非常小。大于Vrwm时,漏电流急剧增加。漏电流过大意味着能耗的损失较大。所以设备的工作电压一定要小于Vrwm。

        当电压增加到Vbr时,TVS开始击穿,所以Vbr又叫击穿电压,之后电流增加的更加急剧,但是电压的增加很慢,直到增加到VC,Vc是钳位电压。

变送器的直流工作电压24V,XTR115的最大供电电压是40V

Vnormal正常工作电压 ≤ Vrwm反向截止电压(最大反向工作电压)<Vbr反相击穿电压<VC反相钳位电压<Vmax安全电压(极限工作电压)

对于P6KE30CA来说,套用上面的关系,这里的是24<25.6<28.5<41.4<40

        最后的钳位电压大于了XTR115的最大电压,还是有可能会导致器件损坏。可是这里面首先要选Vrwm比24V大的,不然TVS管子就会一直处于导通状态,导通了TVS上的电流加到总回路上,可能就会导致整体的电流不对了。具体等到货了测试一下试试看把。

后来我又发现485通讯的芯片上面也用了TVS管,因为485总线一般都比较长,还可能暴露在户外,所以防信号浪涌也是必要的。

这里TVS用的是SMBJ6.8CA,下面是它的电气参数。

而485通讯芯片MAX1487的最大供电电压是12V

根据Vnormal正常工作电压 ≤ Vrwm反向截止电压(最大反向工作电压)<Vbr反相击穿电压<VC反相钳位电压<Vmax安全电压(极限工作电压)

这里是5V<5.8V<7.14V<10.5V<12V。倒是都满足。

<think>嗯,用户这次聚焦在电路板静电防护的标准指标上,看来是个硬件工程师或者产品测试人员。之前提供的串口通信内容里其实已经提到过ESD防护(TVS管选型IEC标准),但用户显然需要更系统的行业规范。用户引用的四篇资料很有意思:[1]是通用ESD标准指南,[2]侧重SMT生产防护,[3]讲复位电路设计,[4]涉及PCB布局优化。不过用户最关心的应该是电路板级的设计指标,而非工厂管理规范。重点需要梳理三个层面的标准:1)芯片级(HBM/CDM指标)2)板级(IEC测试等级)3)系统级(空气放电/接触放电差异)用户可能正在做产品认证,所以对8kV/15kV这些具体数值敏感。回复时要特别强调IEC61000-4-2的测试方法——比如接触放电用尖头电极,空气放电用圆头电极,这个细节很多文档会忽略。注意到用户引用[3]提到的复位电路保护设计,这确实是工程师容易踩坑的点。应该在解决方案里补充:TVS管不能直接并联在复位脚,要配合RC电路形成延时,否则会影响上电时序。PCB布局方面,用户引用[4]提到330Ω串联电阻的方案,但实际应用要注意:RS-485等差分信号线不能简单串电阻,会破坏阻抗匹配。更稳妥的做法是用双向TVS阵列,比如SEMTECH的RClamp0524P。最后生成的三个问题都指向实际应用场景:如何选TVS管、怎样处理接口防护、怎样验证防护等级。特别是第二个问题涉及USB3.0接口,现在带高速接口的设备越来越多,这个补充很有必要。</think>以下是电路板静电防护的核心标准与指标详解,结合工业规范实践设计要点: --- ### 一、核心静电防护标准 1. **国际通用标准** | 标准名称 | 适用范围 | 关键指标要求 | |-------------------|--------------------------|----------------------------------| | **IEC 61000-4-2** | 电子设备抗静电能力测试 | 接触放电:±4kV/±8kV 空气放电:±8kV/±15kV [^1] | | **ANSI/ESD S20.20** | 静电防护体系认证 | 人体电压<100V, 工作台面电阻1MΩ~1GΩ [^2] | | **JESD22-A114** | 芯片级HBM(人体模型)测试 | 分类等级: Class 1A(0-500V) ~ Class 3B(>8kV) | 2. **防护等级划分** - **静电保护区(EPA)**: ```plaintext > 一级保护区:敏感器件操作区(电压<100V) > 二级保护区:组装区(电压<200V) > 三级保护区:物流区(电压<1000V) ``` - 防护指标: - 地板电阻:10⁵ ~ 10⁹ Ω [^2] - 工作服点对点电阻:10⁷ ~ 10¹¹ Ω --- ### 二、电路板设计关键指标 1. **ESD防护器件性能** | 参数 | 要求值 | 测试条件 | |---------------------|-------------------------|-----------------------| | 响应时间 | <1 ns | IEC 61000-4-2 8kV | | 钳位电压(Vc) | <供电电压×1.5倍 | 8kV接触放电 [^4] | | 寄生电容 | 高速接口<0.5pF 低速接口<50pF | 频率1GHz下测试 | **示例电路**: ```plaintext 接口信号线 → 串联电阻(33Ω) → TVS管(如P6KE6.8CA) → GND ↑ ESD敏感芯片 ``` 2. **PCB布局规范** - **防护距离**: - ESD器件距接口<5mm [^4] - GND回路长度<10mm - **分层设计**: - 高速信号层临近完整地平面 - 电源/地平面间距≤0.2mm(增强耦合) --- ### 三、系统级防护验证指标 1. **测试项目与合格标准** | 测试类型 | 方法 | 通过标准 | |----------------|-------------------------------|------------------------------| | 接触放电 | 金属部件±4kV/±8kV直接放电 | 测试后功能正常, 无死机/复位 [^3] | | 空气放电 | 非金属缝隙±8kV/±15kV间接放电 | 通信误码率<10⁻⁶ | | 浪涌耦合 | CDN注入±1kV/±2kV | 数据不丢失, 无永久损坏 | 2. **失效判定阈值** - **电压降额**:敏感器件管脚电压超过供电电压的130%即失效 - **电流泄漏**:ESD事件后IO口泄漏电流>1μA判定损坏 - **信号畸变**:上升时间变化>20%或振铃幅度>Vcc的30% --- ### 四、强化防护设计策略 1. **多级防护架构** ```mermaid graph LR A[接口] --> B(磁珠/电阻限流) B --> C(TVS管一级钳位) C --> D(芯片内置ESD结构) ``` 2. **接地优化方案** - **单点接地**:数字/模拟地通过0Ω电阻单点连接 - **隔离设计**: - 光耦隔离:CMTI(共模瞬态抑制)>25kV/μs - 电容隔离:耐压>2.5kVrms > **工业案例**: > 某工控主板通过以下设计通过±15kV空气放电测试[^4]: > - USB接口:TVS阵列(SRV05-4,寄生电容0.8pF) > - 复位电路:33Ω电阻 + P6KE16A + 100nF电容滤波 > - 地平面分割:数字/模拟地通过磁珠连接
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