TVS管的功率计算

发表于 10/10/2014 1:37:25 PM 阅读（4076）

为了更好的和大家交流，每周除了投稿环节，也弄个答疑环节。我最近欠的事情太多，所以要努力降低自己的负荷，回答问题既可以把之前若干年对《汽车电子硬件设计》尚未回答特别清楚的问题，一一进行梳理和汇总。也要开始整编这本书籍，初定交稿期为2015年3月1日，半年做大改动。欢迎大家提供案例和问题，以增加此书的实践价值。

背景：

上图是常见的汽车电源部分的原理图，分别是防反接模块和LDO模块，我们的客户要求ISO7637-2脉冲5为40V/400ms,内阻2欧姆，我开始时用的SMBJ20CA，结果TVS管被烧毁，后改成SMBJ36CA，现在可以过ISO7637-2脉冲5。
问题：
1）TLE42644G 的输入电压最大40V，SMBJ36CA的Vbrmin=40V, Vrsm=58.1V，在上述模块中我认为SMBJ36CA没有起到任何作用，按TVS管的选型标准，此刻我应选择符合Vrsm＜40V和 Vbrmin＞18V（电源电压）的TVS管，但不知要承受客户要求的400ms的TVS管功率该如何计算？
2）若客户无特殊要求，按ISO7637-2脉冲5的标准我是否需要选取能承受输入电压高的LDO？这样可以选择高电压的TVS管，减小TVS管上的功耗？

回答：

这个脉冲的能量是最大的，TVS起到的作用，是将电压稳定在一定的范围之内。

我在书里面的计算方法，是将TVS等效成一个可变电阻，在整个过程中，将加在上面的最大的功率给核算出来。

实质上，我在书里面可能肤浅了些，这里针对us级别的脉冲，核算静态功率，因为这个的失效机理属于瞬间的热失效；而针对这种40ms～400ms的，可以首先计算两个最终的阻抗：

对于SMBJ20CA而言：

第一阶段，此时TVS的电阻无穷大，电压很快上升至22.2～24.5V，TVS管开始击穿
第二阶段，TVS的电压上升，其阻抗开始下降，整个过程中，电压上升至32.4V，此时等效电阻为1.74Ohm，电流为10.7A，这是最高的电流
第三阶段，TVS管的电压开始下降，阻抗变大，电压在一个稳定的范围内，这个稳态值可以用迭代的方法进行计算，在书中的线性的方法其实是一种假设。为了计算方便，我们假定这里稳定的电压就是24.5V+2V，此时的电阻为4Ohm，功率为175W.毫无悬念，这是肯定要被烧掉的。

因此大多数的车子，都在努力在发电机那块加入中央抑制器，将脉冲能量直接直接吸收，这里不能使用表贴的了。而且上方的大多数元件，需要能够承受40V的耐压值了。

SMBJ36CA，承受的能量是非常有限的，所以不会烧毁，但是整个后级系统就承受了很大的电压。

所以这里最好是采用仿真的方法去进行确认，如下图所示：

脉冲的产生机理：在断开电池的同时，交流发电机正在产生充电电流对蓄电池充电，而发电机电路上仍有其它负载时产生的瞬态 Pulse 5 is a simulation of a load dump transient occurring in the event of a discharged battery being disconnected while the alternator is generating charging current with other loads remaining on the alternator circuit at this moment。