如何根據(jù)額定電壓為 RS-232、RS-485 和 CAN 選擇 TVS 二極管

在許多工業(yè)和汽車應用中，保護接口收發(fā)器免受各種電過應力事件的影響是一個主要問題。瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 二極管常用于上述用途，因為它們可以通過生成低阻抗電流路徑來鉗制電壓尖峰。

TVS 二極管的電氣特性由幾個工藝因素決定。這些參數(shù)與 TVS 電壓、電流和額定功率相關，具有多種多樣的數(shù)值，以適應各種應用。但通過查看元件數(shù)據(jù)表，就會發(fā)現(xiàn)選型并不簡單。在本文中，我將討論電壓參數(shù)并展示哪種 TVS 二極管適用于 RS-232、RS-485 和控制器局域網 (CAN) 應用。當然，峰值脈沖功率耗散和峰值脈沖電流也是關鍵參數(shù)，它們決定了系統(tǒng)中的放電能力和靜電放電 (ESD) 水平。但在這里，我將重點介紹電壓。

TVS 電壓參數(shù) VWM、VBR 和 VC

當出現(xiàn)不需要的高壓瞬變時，TVS 二極管應起到鉗位的作用；當收發(fā)器在正常條件下工作時，它們也應該是“透明的”。因此，首先要查看數(shù)據(jù)表上的額定關斷電壓 VWM 這個參數(shù)。VWM 也稱為額定工作電壓，低于該電壓則 TVS 為開路，并具有低待機漏電流。

在選型時，您希望 VWM 大于推薦的收發(fā)器工作區(qū)域。隨著輸入電壓升高，TVS 開始擊穿并在 VBR 處傳導更多電流。但更重要的是最高電壓參數(shù) VC，即大電流脈沖條件下的鉗位電壓。VC 表示特定脈沖電流下的最大鉗位電壓。將 VC 與收發(fā)器參數(shù)進行比較時，您要確保它不超過集成電路 (IC) 的絕對最大額定電壓?！敖^對最大值”是收發(fā)器在任何時候所允許的最大電壓限值。任何高于該限值的電壓都會使收發(fā)器處于不安全的運行區(qū)域，并可能導致徹底損壞。

示例：RS-232、RS-485 和 CAN 收發(fā)器的 TVS 選型

我將介紹幾個 RS-232、RS-485 和 CAN 收發(fā)器的示例器件及其 TVS 二極管的選型。我從各自的數(shù)據(jù)表中獲取了相關參數(shù)，我想通過介紹這些參數(shù)值，讓您了解不同的元件如何協(xié)同工作。

TI 的 MAX3232 是一款常見的 RS-232 收發(fā)器，具有兩個發(fā)送器和兩個接收器。我在圖 1 和圖 2 中突出顯示了兩個重要參數(shù)，分別是 ±5.4V 的工作電壓和 ±13.2V 的絕對最大驅動器輸出電壓。在 RS-232 標準中，信號擺幅應在 ±5V 以上。在這里，您可以給它留出一些裕度。

圖 1：MAX3232 驅動器工作電壓

圖 2：MAX3232 驅動器絕對最大額定值

適用于 MAX3232 的 TVS 二極管是 Bourns 的 SMBJ8.0CA。在圖 3 中可以看到，峰值反向工作電壓為 8V，最大鉗位電壓為 13.6V。

圖 3：SMBJ8.0CA 峰值反向工作電壓和最大鉗位電壓

接下來，我們來看看 8 引腳 RS-485 收發(fā)器，即 TI 的 THVD1500。根據(jù) RS-485 標準，RS-485 收發(fā)器可以在寬共模范圍（-7V 至 12V）下工作（圖 3）。如圖 4 所示，THVD1500 總線引腳的絕對最大電壓為 ±18V。

圖 4：THVD1500 驅動器工作電壓

圖 5：THVD1500 驅動器絕對最大額定值

SM712 是用于 RS-485 應用的常見 TVS 二極管。此 TVS 具有不對稱的反向關斷電壓，可匹配 RS-485 應用的共模工作范圍。此外，其鉗位電壓接近TI THVD1500 的限值，如圖 6 所示。

圖 6：SM712 反向關斷電壓和鉗位電壓

最后但同樣重要的是，TI SN65HVD1040A 8 引腳 CAN 收發(fā)器具有相當高的絕對最大電壓（圖 7），這可簡化 TVS 的選型。與 RS-485 類似，CAN 總線也可以容忍一些共模電壓變化（圖 8）。

圖 7：SN65HVD1040A 驅動器絕對最大額定值

圖 8：SN65HVD1040A 驅動器工作電壓

綜合所有因素，Bourns 的 CDSOT23-T24CAN 是適合 SN65HVD1040A 的一款器件。該器件提供 24V 的反向工作電壓和 36V 至 40V 的鉗位電壓。為了節(jié)省空間，我沒有在這里復制數(shù)據(jù)表。但我相信，根據(jù)前兩個示例，找到相關參數(shù)不會太難。

同樣，電壓參數(shù)只是 TVS 器件電氣特性的一部分，但它們是選擇 TVS 時的首要考慮因素。要更好地了解 TVS 器件的全部特性，您還可以查看其他參數(shù)，例如峰值功率和峰值電流。