BMS上TVS管应用的三个关键场合

一下子进入十二月了，这一年真的快，等到月底做个年终总结哈，今年真的经历了太多事情。

之前有聊过BMS上面的稳压二极管应用场合，这次转向TVS管（Transient Voltage Suppressor瞬态电压抑制器），看看BMS上面哪些地方会用到它。

首先看这样的一个问题：ESD保护二极管、稳压二极管与TVS管三者之间的区别？

目前的理解是这样的，但可能不全面：

• ESD保护二极管也是一种TVS管，但是很多厂商把它单独区分出来，因为ESD保护二极管功率比较小，而且二者测试的脉冲电流波形也不同，如下图（来自威世官网）。

• 稳压二极管一般让其工作在稳态，而TVS让其工作在瞬态，但内部构造是类似的；另外相比TVS的动作时间＜1ns，稳压二极管规格书里几乎没有提及动作时间，较真的话，它的瞬态动作时间暂且认为与TVS是一样的（这里希望了解的同学来讲一下）。

下面来介绍TVS在BMS里面的常见应用。场景一：KL30电源端口防护使用应用电路大概如下，TVS被放置在电源入口端，负载放置在其后端，这个应用大家比较常见。

（图片来源于网络）

大家熟悉的抛负载试验如下图所示：它模拟交流发电机给电池充电时，如果意外造成电池断开，那么交流发电机的输出电压会急剧上升，施加到产品供电处；上面的TVS就可以防护这个脉冲。

下图为B公司BMS控制板的电源输入电路，红色方框中就是两个TVS管，被布置在KL30电源的输入端口处；比较常见的型号为VISHAY的SM8S22A，或者TSC的TLD8S22A等，此处选取的TVS管峰值功率很大，例如6600W。

这里再展开下，在下图的场景中，KL30/KL31线上面挂了很多个ECU，每个ECU上面都有放置TVS管；假如选择的TVS钳位电压不同，例如负载3选择的是30V的钳位电压，那么实际在抛负载测试时能量可能只集中在负载3上面泄放，可能会造成TVS损坏。

还有就是为了提高功率，有时选择两个TVS串联或并联使用，大家可以对比一下二者的优缺点。

场景二：采集板AFE的电源端口防护使用还有一种场景是在AFE供电端口处放置一个TVS做防护，如下图所示，在这个TVS管的前面还串联了一个100Ω的电阻，限流使用；因为AFE的最大供电电压是一定的，但是母线中存在的浪涌电压会超出这个值，所以需要放置TVS来做防护。

（来源于TI官网）

例如下图为C公司的采集板，在其AFE电路的供电处都有放置一个TVS管，一般选取SMBSMC封装，峰值功率大概为600W~1500W，并且前面串连有限流电阻，这个是常用的方案。

另外，还发现在B公司某款BMS采集板上，AFE采取了两级TVS防护，两个TVS之间有限流电阻，当然两个TVS封装与钳位电压是不同的，如下图；这种两级的泄放保护电路理论上效果更佳。

这里有一个地方需要再提一句，就是TVS的钳位电压选取，一般的选取规则大家都清楚，网上也有大量资料参考；在这里特殊之处在于AFE的工作电压比较高，当你选取了一个比较合适的Stand off电压之后，却发现此TVS的最大钳位电压可能超出了AFE的最大供电电压，但实际确实很多都是这样用的。

场景三：信号端口的ESD防护BMS控制板上面有很多对外的信号线，例如IO信号以及通信信号，这些信号都要考虑ESD防护问题；其中IO信号线比较多，所以为了降低成本的考虑，很多人选用电容来进行ESD防护（因此出现了一种ESD电容），如下图所示。

电容防护ESD的原理如下图：这个图片是ESD发生器的原理图，其中电容Cx就相当于IO端口的防静电电容，所以静电释放的过程就相当于C1上面的电荷对Cx充电，当Cx容值选定后，可以计算出Cx充满电后的电压；所以，理论上Cx的容值选取越大，其两端电压就越小，对内部IO的防护就越好。

但是针对通信线，例如CAN通信，因为电容会对通信造成插入损耗，就是说会造成通信波形失真，典型推荐值为小于100pF@500kbit/s，所以此时一般选用专用的ESD防护TVS管，如下图所示。

实际中的例子很多，例如下图中C公司某个BMS控制器的CAN通信电路。

具体地，实际看一下ESD保护二极管的具体参数，以安世的PESD1IVN24举例，最大钳位电压为42V，而寄生电容仅有十几pF。

看一下其他非ESD专用的TVS管，如力特的1.5SMC系列TVS，其寄生电容大于100pF，将其用在通信电路上面就不太合适。

最后补充一点，双向的ESD保护管除了提供两个方向的保护外，其寄生电容也会更小。

总结：这块内容还真挺多的，写起来就停不下，重新梳理了一遍知识点，收获很大；以上所有，仅供参考。