隔离式数字输入接收器ISO1212浪涌防护方案

本文主要是针对隔离式数字输入接收器ISO1212的浪涌防护方案，采用湖南静芯研发的TDS浪涌保护器件对芯片进行浪涌防护，保护设备免受电气系统中的浪涌电压或浪涌电流的损害，确保设备的安全性。

一、ISO1212介绍

ISO1212器件是隔离式24V至60V数字输入接收器，符合IEC61131-2 1类、2类和3类特性标准。此器件可以在可编程逻辑控制器(PLC)、电机控制、电网基础设施和其他工业应用中实现9V至300V直流和交流数字输入模块。不同于具有分立式、不精确电流限制电路的传统光耦合器解决方案，ISO1212器件提供具有精确电流限制的简单低功耗解决方案，可实现紧凑型和高密度I/O模块的设计。这些器件不需要现场侧电源，可配置为拉电流或灌电流输入。

二、TDS器件介绍

TDS(平缓钳位浪涌抑制器)具有精准且恒定的触发电压、优异的钳位性能及稳定的温度特性，可为系统提供更全面保护。当 EOS 事件来临时，瞬态电压攀升至超过集成精密触发器所设定的击穿电压（VBR）阈值，触发电路精确的开启内置泄流场效应晶体管，有效的将瞬态高压与大电流安全释放到地。由于TDS的内置泄流场效应晶体管具有极低的导通电阻，其钳位电压在额定峰值脉冲电流范围内几乎是恒定的。

在选择浪涌防护器件时，许多工程师会优先选择TVS二极管，实际上大电流TDS芯片在成本和性能、面积上比TVS更具优势。TDS器件的优势如下：

在提供相同保护的情况下，TDS耗散浪涌能量较小，能通过自身特性将过压与过流事件高效泄放到地，从而避免增加自身热损耗。

TDS器件体积小巧，结构紧凑，为硬件工程师设计高度集成型解决方案提供了更优选择。如果应用需要超过单个TDS器件所能提供的特定钳位电压， 可以将多个TDS器件串联，提供了更多的灵活性。

TDS器件的钳位电压通常比传统TVS保护设备的钳位电压低30%，减少了系统的电气应力，可以更好的保护后端IC，也为系统中的其他组件创造了更大的安全余量。

TDS器件在额定峰值脉冲电流范围内拥有几乎恒定的钳位电压。传统TVS二极管的箝位电压随着峰值脉冲电流的增加而增加，而TDS器件的钳位电压在最大峰值脉冲电流之前几乎保持不变。

TDS器件的钳位电压在工作温度范围内保持稳定，而传统TVS二极管的钳位电压随温度变化。TDS器件拥有卓越的耐用性，在工作规格内性能不会下降，仍能保证低漏电和高钳位电压。

三、应用方案

图1 应用方案

上图部分详细介绍了使用数字输入接收器ISO1212设计电压等级为24-V或48-V的二进制输入。这是一个带集成电源的隔离数字输入接收器，简化了整个系统设计。24-V输入端使用由两个工作电压为33V的浪涌抑制器ESTVS3300DRVR反向串联形成的双向瞬态抑制器来防止过电压和瞬态；48-V输入端由两个工作电压为55V的浪涌抑制器反向串联形成的双向瞬态抑制器来防止过电压和瞬态,工作电压为55V的器件是由一个工作电压33V的浪涌抑制器ESTVS3300DRVR和一个工作电压22V的浪涌抑制器ESTVS2200DRVR正向串联而成。

ESTVS2200DRVR和ESTVS3300DRVR是湖南静芯新推出的TDS平缓浪涌抑制器，均符合IEC 61000-4-2 (ESD)规范，在 ±30kV（空气）和 ±30kV（接触）下提供瞬变保护，采用小型 DFN 2mm x 2mm x 0.68mm 6引脚封装。其中ESTVS2200DRVR通常用于保护工作电压为20V、22V、24V的系统，器件的触发电压典型值为25.6V，额定瞬态峰值脉冲电流可达70A(tp=8/20μs)，钳位电压VC为30V以内；ESTVS3300DRVR通常用于保护工作电压为28V、33V、36V的系统。触发电压为38.7V，额定瞬态峰值脉冲电流可达50A(tp=8/20μs)，钳位电压VC为40V以内。

四、器件电气特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

Parameter	Symbol	Conditions	Min.	Typ.	Max.	Units
Reverse Stand-off Voltage	VRWM		-0.5		22	V
Reverse Breakdown Voltage	VBR	IT=1mAfrom VDD/IO to GND	24.6	25.6	26.6	V
Reverse Leakage Current	IR	VRWM=22Vfrom VDD/IO to GND		0.5	60	nA
Forward Voltage	VF	IT=1mA from GND to VDD/IO	0.25	0.5	0.7	V
Forward Clamp Voltage	VFC	IPP=10A; tp=8/20μs	1	2.7	5	V
Clamping Voltage	VC	IPP=10A; tp=8/20us		25.6	26.1	V
		IPP=20A; tp=8/20us		26	26.5	V
		IPP=40A; tp=8/20us		26.4	26.9	V
		IPP=70A; tp=8/20us		27.6	28.1	V
Dynamic Resistance	RDYN	tp=8/20us		35		mΩ
Junction Capacitance	CJ	VR=22V; f=1MHz T=25℃		115		pF

表1 ESTVS2200DRVR电气特性表

Parameter	Symbol	Conditions	Min.	Typ.	Max.	Units
Reverse Stand-off Voltage	VRWM		-0.5	33	36	V
Reverse Breakdown Voltage	VBR	IT=1mAfrom VDD/IO to GND	38	38.7	39.4	V
Reverse Leakage Current	IR	VRWM=33Vfrom VDD/IO to GND		0.5	100	nA
Forward Voltage	VF	IT=1mAfrom GND to VDD/IO		0.517		V
Clamping Voltage	VC	IPP=24A; tp=8/20us		38.2	38.7	V
		IPP=35A; tp=8/20us		38.2	38.7	V
		IPP=50A; tp=8/20us		38.6	39.1	V
Dynamic Resistance	RDYN	tp=8/20us			30	mΩ
Junction Capacitance	CJ	VR=25V; f=1MHz T=25℃		113		pF

表2ESTVS3300DRVR电气特性表

五、总结与结论

ISO1212作为常用的数字输入接收器，浪涌防护十分关键。静芯公司推出的系列TDS芯片具有接近理想状况的ESD和EOS保护特性，可以广泛应用于USB/雷电接口、工业机器人、IO-Link接口、工业传感器、IIoT设备、可编程逻辑控制器(PLC)和以太网供电(PoE)等领域，可为系统提供更全面以及更可靠的保护。目前公司推出来ESTVS2200DRVR、ESTDS2211P、ESTVS3300DRVR、ESTDS3311P等型号，欢迎客户前来咨询选购。


审核编辑 黄宇