如何根据额定电压为 RS-232、RS-485 和 CAN 选择 TVS 二极管

1.前言

在许多工业和汽车应用中，保护接口收发器免受各种电气过载事件的影响是一个主要问题。瞬态电压抑制二极管（Transient Voltage Suppressor）简称TVS，是一种二极 管形式的高效能保护器件。当TVS 二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它 能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的 浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元 器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。

TVS 二极管的电气特性由几个工艺因素决定。与 TVS 电压、电流和额定功率相关的参数具有多种值，以适应各种应用。但是在查看组件数据表时，它并不总是一个简单的选择。在这篇文章中，我将讨论电压参数并展示适合 RS-232、RS-485 和控制器局域网 (CAN) 应用的 TVS 二极管类型。当然，峰值脉冲功耗和峰值脉冲电流也是决定系统放电能力和静电放电 (ESD) 水平的关键参数。但在这里，我将专注于电压。

2.TVS 电压参数 VWM、VBR 和 VC

当出现不需要的高压瞬变时，TVS 二极管应该充当钳位。当收发器在正常条件下工作时，它们也应该是“透明的”。因此，数据表上要查看的第一个参数是额定关断电压 VWM。VWM 也称为额定工作电压，低于该电压时，TVS 看起来像开路，待机漏电流很低。

进行选择时，我们希望 VWM 大于对讲机的推荐工作区域。随着输入电压升高，TVS 开始击穿并在 VBR 处传导更多电流。但更重要的是最高电压参数 VC 是大电流脉冲条件下的钳位电压。VC 表示特定脉冲电流下的最大钳位电压。将 VC 与收发器参数进行比较时，我们需要确保它不超过集成电路 (IC) 的绝对最大额定电压。“绝对最大值”是收发器在任何时候都可以看到的最大电压限制。任何高于它的电压都会使收发器处于不安全的操作区域，并可能导致永久性损坏。

示例：RS-232、RS-485 和 CAN 收发器的 TVS 选择

我想展示一些 RS-232、RS-485 和 CAN 收发器以及我会为它们选择的 TVS 二极管的示例。我已经从每个数据表中获取了相关参数，通过查看数字，我想我可以让我们了解不同的组件如何协同工作。

一种流行的 RS-232 收发器是 TI 的 MAX3232，带有两个发送器和两个接收器。我在图 1 和图 2 中突出显示的两个关键参数分别是 ±5.4V 的工作电压和 ±13.2V 的绝对最大驱动器输出电压。在 RS-232 标准中，信号摆幅应在 ±5V 以上。在这里，我们可以为它留出一些余量。

图 1： MAX3232 驱动器工作电压

图 2：  MAX3232驱动器绝对最大额定值

适用于MAX3232的TVS 二极管  是 Bourns 的 SMBJ8.0CA。在图3中，可以看到工作峰值反向电压为8V，最大钳位电压为13.6V。

图 3：SMBJ8.0CA 工作峰值反向电压和最大钳位电压

现在，让我们看看 8 针 RS-485 收发器，TI 的 THVD1500。RS-485 收发器可在符合 RS-485 标准的宽共模范围（-7V 至 12V）下工作（图 3）。如图 4 所示，对于THVD1500，总线引脚的绝对最大电压为 ±18V  。

图 4：  THVD1500驱动器工作电压

图 5：  THVD1500驱动器绝对最大额定值

RS-485 应用的常见 TVS 二极管是 SM712。该 TVS 具有不对称的反向隔离电压，以匹配 RS-485 应用的共模工作范围。此外，其钳位电压接近 TI THVD1500 的极限， 如图 6 所示。

图 6：SM712 反向关断电压和钳位电压

最后但并非最不重要的是，TI SN65HVD1040A 8 引脚 CAN 收发器具有相当高的绝对最大电压（图 7），这使得 TVS 选择更加容易。与 RS-485 类似，CAN 总线也可以容忍一些共模电压变化（图 8）。

图 7：SN65HVD1040A 驱动器绝对最大额定值

图 8：SN65HVD1040A 驱动器工作电压

综合所有因素，Bourns 的 CDSOT23-T24CAN 可能是 SN65HVD1040A 的选择之一。该器件提供 24V 的备用工作电压和 36V 至 40V 的钳位电压。为了节省篇幅，我这里没有复制数据表。但是我相信根据前两个示例找到参数不会太难。

同样，电压参数只是 TVS 器件电气特性的一部分，尽管它们是 TVS 选择的首要考虑因素。为了更好地了解 TVS 设备的全部特性，我们还可以查看其他参数，例如峰值功率和峰值电流。