如何根据额定电压为RS－232，RS－485和CAN选择TVS二极管

在许多工业和汽车应用中，保护接口收发器免受各种电过应力事件的影响是一个主要问题。瞬态电压抑制器 (TVS) 二极管常用于上述用途，因为它们可以通过生成低阻抗电流路径来钳制电压尖峰。

TVS 二极管的电气特性由几个工艺因素决定。这些参数与 TVS 电压、电流和额定功率相关，具有多种多样的数值，以适应各种应用。但通过查看元件数据表，就会发现选型并不简单。在本文中，我将讨论电压参数并展示哪种 TVS 二极管适用于 RS-232、RS-485 和控制器局域网 (CAN) 应用。当然，峰值脉冲功率耗散和峰值脉冲电流也是关键参数，它们决定了系统中的放电能力和静电放电 (ESD) 水平。但在这里，我将重点介绍电压。

TVS 电压参数 VWM、VBR 和 VC

当出现不需要的高压瞬变时，TVS 二极管应起到钳位的作用；当收发器在正常条件下工作时，它们也应该是“透明的”。因此，首先要查看数据表上的额定关断电压 VWM 这个参数。VWM 也称为额定工作电压，低于该电压则 TVS 为开路，并具有低待机漏电流。

在选型时，您希望 VWM 大于推荐的收发器工作区域。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，即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，您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所允许的最大电压限值。任何高于该限值的电压都会使收发器处于不安全的运行区域，并可能导致彻底损坏。

示例：RS-232、RS-485 和 CAN 收发器的 TVS 选型

我将介绍几个 RS-232、RS-485 和 CAN 收发器的示例器件及其 TVS 二极管的选型。我从各自的数据表中获取了相关参数，我想通过介绍这些参数值，让您了解不同的元件如何协同工作。

TI 的 MAX3232 是一款常见的 RS-232 收发器，具有两个发送器和两个接收器。我在图 1 和图 2 中突出显示了两个重要参数，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，您可以给它留出一些裕度。

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，峰值反向工作电压为 8V，最大钳位电压为 13.6V。

图 3：SMBJ8.0CA 峰值反向工作电压和最大钳位电压

接下来，我们来看看 8 引脚 RS-485 收发器，即 TI 的 THVD1500。根据 RS-485 标准，RS-485 收发器可以在宽共模范围（-7V 至 12V）下工作（图 3）。如图 4 所示，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

SM712 是用于 RS-485 应用的常见 TVS 二极管。此 TVS 具有不对称的反向关断电压，可匹配 RS-485 应用的共模工作范围。此外，其钳位电压接近TI THVD1500 的限值，如图 6 所示。

图 6：SM712 反向关断电压和钳位电压

最后但同样重要的是，TI SN65HVD1040A 8 引脚 CAN 收发器具有相当高的绝对最大电压（图 7），这可简化 TVS 的选型。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 是适合 SN65HVD1040A 的一款器件。该器件提供 24V 的反向工作电压和 36V 至 40V 的钳位电压。为了节省空间，我没有在这里复制数据表。但我相信，根据前两个示例，找到相关参数不会太难。

同样，电压参数只是 TVS 器件电气特性的一部分，但它们是选择 TVS 时的首要考虑因素。要更好地了解 TVS 器件的全部特性，您还可以查看其他参数，例如峰值功率和峰值电流。