Littelfuse解析如何设计一款高可靠性的汽车CAN总线（3）

从前两篇的内容中我们可以看出，CAN总线会面临各种各样的浪涌冲击，瞬态电压变化，错误的电源搭接等问题。因此如何选择一款合适的TVS来满足所有的测试标准，对于保护CAN总线免受这些异常问题的影响是十分重要的。OK，那下面我们就一起来讨论下这个问题。

1.Breakdown Voltage（VBR）

TVS的作用是抑制瞬态的浪涌电压，所以它不应该在长时间的直流工作电压下处于动作状态，以避免TVS因为热失控而烧毁。这里主要需要考虑前篇测试标准中所提到的：4.稳压器故障（Regulator failure）、5.搭接启动（Jump start）、6.反向电压（Reverse voltage）。这些都是长时间的测试（从1分钟到1小时），TVS不能在这些测试中处于动作状态，所以TVS的VBR需要大于其中的最大直流电压。

如上表总结来说，12V系统的VBR>24V；24V系统的VBR>36V。某CAN总线保护TVS的参数如下表，我们可以很容易地看出，A、B、C适用于12V系统；D、E适用于24V系统。

值得注意的是，VBR是1mA电流下测得的电压值。如果在某些情况下需要TVS的漏电流更小，那可以参考VRM的值来做选型，VRM一般是几十或者几百nA下测得的电压值。另外，还需要考虑温度漂移的影响，上表中ɑT=9x10^-4是温漂系数，可以通过如下公式来计算VBR在某个温度下的值。

VBR@Tj = VBR@25°C × (1 + αT × (Tj − 25°C)) 这里主要考虑低温的影响，看VBR在低温下的值是否也能满足要求。这里以Tj=-10℃，选择A器件为例，来计算一下看看。

VBR@-10℃ = 28.5(min) x (1 + 9x10^-4 x (-10-25)) = 27.60V计算结果显示，在Tj=-10℃的时候，VBR依然能满足>24V的要求。

2.Clamp voltage（VCL）

这里主要参考TVS规格书中的TLP曲线。目前主要有两种TVS，一种是普通的TVS不带折回特性；还有一种是带折回特性的TVS。为了方便说明，网上找了个比较清晰的图如下。

四种颜色分别代表四颗不同的TVS。在TLP曲线的拐点处，绿线有比较明显的先折回一小段后再上升的现象，而红、蓝、黑线则在拐点处直接上升，并没有折回的现象。这就是两种TVS之间的区别。那为什么要这么做呢？

因为折回特性的好处是显而易见的。由于折回特性的存在，在同样Ipp=10A的条件下，红线的VCL=32V左右，而黑线的VCL=42V左右。（见上图虚线标注）因此，带折回特性的TVS可以显著地降低VCL。另外，如果选用带折回特性的TVS，需要额外关注规格书中Vtrig、VH这两个参数（不同厂家的规格书，命名可能会有所不同），如下图：

如果以12V系统为例，那么Vtrig、VH都需要>24V。Vtrig：触发电压。大于这个值TVS会开启进入导通状态。因为12V系统的最大电压为24V，所以Vtrig>24V可以保证正常工作时候的电压不会触发TVS动作。VH：折回电压。小于这个值TVS会进入断开状态。因为12V系统的最大工作电压为24V，所以VH>24V可以保证TVS动作后，不会因为VH电压过低而进入闩锁状态，导致TVS烧毁。下图是一颗可以满足要求的带折回特性的TVS给大家参考。

3.Junction Capacitance（Cj）

TVS的结电容（Cj）对CAN总线数据传输速率的影响至关重要，如下图所示：

很明显，根本的原因是Cj会影响CAN信号的上升沿和下降沿。如果Cj太大，波形会发生畸变，信号的完整性会降低，严重的时候会造成数据丢包，并且越是高速的信号越容易产生这个问题，所以高速信号需要选择Cj尽量小的TVS来保证信号传输质量。 在SAE J2962-2的标准中，要求CAN总线每条线（CAN_H、CAN_L）的最大对地电容为100pf。这个100pf指的是线路中所有电容的总和，包含TVS的Cj，PCB layout的寄生电容，回路中其他元器件的等效电容等等。所以TVS的Cj越小，留给其他部分的余量就可以更大。 下图是Littelfuse的一些用于CAN总线保护的TVS，Cj在10~20pf左右。

4.Peak pulse power（PPK）

和 Peak pulse current（IPP）

这两个参数可以用来评估TVS能够承受的浪涌的严重程度。参考下图Littelfuse的TVS型号，在规格书中都有给出PPK和IPP的值。

ESD所产生的能量是比较小的，所以浪涌能力一般都会采用8/20us的Surge波形来评估。

CAN总线比较常用的测试标准是Class1=500V，Class2=1000V，测试内阻为42Ω，所以针对Class1我们需要选择IPP>12A的TVS；Class2我们需要选择IPP>24A的TVS。

当然，这是理论计算值，在实际的应用中，由于回路中也存在阻抗，所以采用更低Ipp的TVS也可能满足要求。

OK，完结撒花！其实大部分的内容都是一些网上资料的总结和自己工作中的一些感悟，难免会有一些错漏，欢迎交流指正！

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