CN107918090A - 一种tvs管检测系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种TVS管检测系统和方法。该系统包括信号发生器、示波器和处理器；所述信号发生器，用于生成ISO7637‑5a标准脉冲波形，并将所述ISO7637‑5a标准脉冲波形施加于TVS管的输入端；所述示波器，用于读取所述TVS管的输出端的输出波形；所述处理器，用于根据梯形面积法和所述TVS管的标准测试数据确定所述TVS管的标准承载能量，根据梯形面积法和所述输出波形确定所述TVS管的实验承载能量，并根据所述标准承载能量和所述实验承载能量确定所述TVS管是否达标。本发明提供的技术方案可以更准确地判断TVS管是否满足ISO7637‑5a的脉冲实验与设计要求，实现对车载电子电器设备的全面保护。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种TVS管检测系统和方法。
背景技术
TVS管是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。由于它具有响应速度快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点，已广泛应用于计算机系统、通讯设备、交/直流电源、电子镇流器、家用电器、仪器仪表、汽车电子等各个领域。
汽车电子中常常采用ISO7637-5a的脉冲波形进行实验以模拟实车的抛负载情况，也就是当引擎正在运转，发电机向汽车的电源线输送电流时，如果电池突然断开，产生严重浪涌电流的情况，此时发动机将给车载电子电器设备带来巨大浪涌，而该浪涌功率会高达几千瓦特，车载电子电器设备将会严重受损。为了保护车载电子电器设备，通常在电子电器设备电源的输入前级加上一个TVS管。传统的TVS管在选型时，目前主要是根据供应商提供的ISO7637-5a实验报告，结合设计人员以往的设计经验对TVS管进行选型，存在依赖于主观因素以及检测不够准确的问题。
发明内容
为了更准确地判断TVS管是否满足ISO7637-5a的脉冲实验与设计要求，实现对车载电子电器设备的全面保护，本发明提供一种TVS管检测系统和方法。
一方面，本发明提供一种TVS管检测系统，该系统包括信号发生器、示波器和处理器；
所述信号发生器，用于生成ISO7637-5a标准脉冲波形，并将所述ISO7637-5a标准脉冲波形施加于TVS管的输入端；
所述示波器，用于读取所述TVS管的输出端的输出波形；
所述处理器，用于根据梯形面积法和所述TVS管的标准测试数据确定所述TVS管的标准承载能量，根据梯形面积法和所述输出波形确定所述TVS管的实验承载能量，并根据所述标准承载能量和所述实验承载能量确定所述TVS管是否达标。
另一方面，本发明还提供一种TVS管检测方法，该方法包括：
步骤1，信号发生器生成ISO7637-5a标准脉冲波形，并将所述ISO7637-5a标准脉冲波形施加于TVS管的输入端；
步骤2，示波器读取所述TVS管的输出端的输出波形；
步骤3，处理器根据梯形面积法和所述TVS管的标准测试数据确定所述TVS管的标准承载能量，根据梯形面积法和所述输出波形确定所述TVS管的实验承载能量，并根据所述标准承载能量和所述实验承载能量确定所述TVS管是否达标。
本发明提供的TVS管检测系统和方法的有益效果是：TVS管供应商提供的标准测试数据可反映TVS管的基本性能，处理器可通过梯形面积法获得标准测试数据中功率与时间的乘积，以确定TVS管的标准承载能量。处理器还可控制信号发生器生成与标准测试数据实验参数相匹配的ISO7637-5a标准脉冲波形，以模拟TVS管在车载电子电器系统中产生最大浪涌的情况。由于在最大浪涌点出现后，TVS管的电压会以指数函数的形式下降，也就是以呈现内凹的曲线形式下降，在经过一定下降时间后，电压会达到最小击穿值。在下降过程中，任一点和最大浪涌点在时间轴、电压轴上围成的图像为近似梯形，其斜边不是直线，而是呈现内凹的曲线，此近似梯形的面积可反映TVS管的实验承载能量。此时，由于直线比内凹曲线围成的面积更大，以梯形面积法计算得到的TVS管实验承载能量将比其真实的ISO7637-5a实验条件下的承载能量略大，如果计算得到的实验承载能量小于标准承载能量，也就是真实的承载能量必然小于标准承载能量，则说明TVS管可以承受ISO7637-5a实验条件下的标准脉冲波形，可以吸收浪涌能量，进而保护后级电路，也就是符合车载电子电器系统的浪涌要求，为达标TVS管，否则由于不能吸收全部浪涌能量将损坏，而为不达标TVS管。通过本发明可更准确地判断TVS管是否满足ISO7637-5a的脉冲实验与设计要求，实现对车载电子电器设备的全面保护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种TVS管检测系统的框图；
图2为本发明实施例的一种TVS管检测方法的流程示意图；
图3为本发明实施例的一种TVS管的标准测试数据示意图；
图4为本发明实施例的一种TVS管的ISO7637-5a脉冲实验检测示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例提供的一种TVS管检测系统包括信号发生器、示波器和处理器。
所述信号发生器，用于生成ISO7637-5a标准脉冲波形，并将所述ISO7637-5a标准脉冲波形施加于TVS管的输入端。
所述示波器，用于读取所述TVS管的输出端的输出波形。
所述处理器，用于根据梯形面积法和所述TVS管的标准测试数据确定所述TVS管的标准承载能量，根据梯形面积法和所述输出波形确定所述TVS管的实验承载能量，并根据所述标准承载能量和所述实验承载能量确定所述TVS管是否达标。
TVS管供应商提供的标准测试数据可反映TVS管的基本性能，处理器可通过梯形面积法获得标准测试数据中功率与时间的乘积，以确定TVS管的标准承载能量。处理器还可控制信号发生器生成与标准测试数据实验参数相匹配的ISO7637-5a标准脉冲波形，以模拟TVS管在车载电子电器系统中产生最大浪涌的情况。由于在最大浪涌点出现后，TVS管的电压会以指数函数的形式下降，也就是以呈现内凹的曲线形式下降，在经过一定下降时间后，电压会达到最小击穿值。在下降过程中，任一点和最大浪涌点在时间轴上、电压轴围成的图像为近似梯形，其斜边不是直线，而是呈现内凹的曲线，此近似梯形的面积可反映TVS管的实验承载能量。此时，由于直线比内凹曲线围成的面积更大，以梯形面积法计算得到的TVS管实验承载能量将比其真实的ISO7637-5a实验条件下的承载能量略大，如果计算得到的实验承载能量小于标准承载能量，也就是真实的承载能量必然小于标准承载能量，则说明TVS管可以承受ISO7637-5a实验条件下的标准脉冲波形，可以吸收浪涌能量，进而保护后级电路，也就是符合车载电子电器系统的浪涌要求，为达标TVS管，否则由于不能吸收全部浪涌能量将损坏，而为不达标TVS管。通过本发明可更准确地判断TVS管是否满足ISO7637-5a的脉冲实验与设计要求，实现对车载电子电器设备的全面保护。
优选地，所述处理器具体用于：
通过第一公式计算所述标准承载能量，所述第一公式为：Q1＝1/2*(P0+PT)*T。
其中，Q1为所述标准承载能量，P0为所述标准测试数据中初始点的功率，T为脉冲电压的下降时间，PT为与所述初始点间隔所述下降时间的点的功率。
通过第二公式计算所述实验承载能量，所述第二公式为：Q2＝1/2*(Ps+Ps+T)*T。
其中，Q2为所述实验承载能量，Ps为所述输出波形中最大浪涌点的功率，Ps+T为与所述最大浪涌点间隔所述下降时间的下降点的功率。
当Q2小于Q1时，确定所述TVS管为达标TVS管。
梯形面积计算公式为上底边和下底边的均值与高的乘积，将第一点的功率作为下底边，与其间隔下降时间的第二点的功率作为上底边，下降时间作为高。由于功率与时间的乘积为能量，故可通过梯形面积法计算得到TVS管的承载能量。由于标准测试数据中的纵轴为功率，横轴为时间，故可直接计算得到标准承载能量。
优选地，所述处理器具体还用于：
通过第三公式计算所述最大浪涌点的功率，所述第三公式为：Ps＝(Vs-Vr)*(Vs-Vr)/R，
其中，Vs为所述最大浪涌点的电压，Vr为所述TVS管的最小击穿电压，R为电源内阻。
通过第四公式计算所述下降点的功率，所述第四公式为：Ps+T＝(Vs+T-Vr)*(Vs+T-Vr)/R。
其中，Vs+T为所述下降点的电压。
由于示波器不能直接显示功率，故需要首先通过显示的电压值计算得到相应功率值。因为功率为电压与电流之积，电流为电压与电阻之商，而通过调整ISO7637-5a标准脉冲波形的设置参数，可以调整施加于TVS管上的电源内阻，故通过读取得到的电压与设定的电源内阻可计算各观测点的功率。
优选地，所述ISO7637-5a标准脉冲波形指示的所述电源内阻的范围是0.5Ω至4Ω，脉冲电压的所述下降时间的范围是40ms至400ms。
优选地，所述电源内阻为1Ω，所述下降时间为100ms。
将ISO7637-5a标准脉冲波形参数调整为电源内阻为1Ω，将方便计算，下降时间为100ms，将和标准测试数据相匹配。
如图2所示，本发明实施例提供的一种TVS管检测方法包括：
步骤1，信号发生器生成ISO7637-5a标准脉冲波形，并将所述ISO7637-5a标准脉冲波形施加于TVS管的输入端。
步骤2，示波器读取所述TVS管的输出端的输出波形。
步骤3，处理器根据梯形面积法和所述TVS管的标准测试数据确定所述TVS管的标准承载能量，根据梯形面积法和所述输出波形确定所述TVS管的实验承载能量，并根据所述标准承载能量和所述实验承载能量确定所述TVS管是否达标。
优选地，所述步骤3具体包括：
步骤3.1，通过第一公式计算所述标准承载能量，所述第一公式为：Q1＝1/2*(P0+PT)*T，
其中，Q1为所述标准承载能量，P0为所述标准测试数据中初始点的功率，T为脉冲电压的下降时间，PT为与所述初始点间隔所述下降时间的点的功率。
步骤3.2，通过第二公式计算所述实验承载能量，所述第二公式为：Q2＝1/2*(Ps+Ps+T)*T，
其中，Q2为所述实验承载能量，Ps为所述输出波形中最大浪涌点的功率，Ps+T为与所述最大浪涌点间隔所述下降时间的下降点的功率。
步骤3.3，当Q2小于Q1时，确定所述TVS管为达标TVS管。
优选地，所述步骤3.2具体包括：
步骤3.2.1，通过第三公式计算所述最大浪涌点的功率，所述第三公式为：Ps＝(Vs-Vr)*(Vs-Vr)/R，
其中，Vs为所述最大浪涌点的电压，Vr为所述TVS管的最小击穿电压，R为电源内阻。
步骤3.2.2，通过第四公式计算所述下降点的功率，所述第四公式为：Ps+T＝(Vs+T-Vr)*(Vs+T-Vr)/R，
其中，Vs+T为所述下降点的电压。
优选地，所述ISO7637-5a标准脉冲波形指示的所述电源内阻的范围是0.5Ω至4Ω，脉冲电压的所述下降时间的范围是40ms至400ms。
优选地，所述电源内阻为1Ω，所述下降时间为100ms。
下面以SM8S24A型号的TVS管为例进行测试，对本发明的一种TVS管检测系统和方法进行进一步的说明。
首先获得SM8S24A的标准测试数据。如图3所示，A点为初始点，B为间隔100ms后的下降点，C点为横轴上与A点对应的点，D点为横轴上与B点对应的点，梯形ABCD的面积即为SM8S24A的标准承载能量。此时由于P0＝5500W，PT＝2000W，T＝100ms，则Q1＝375J。
然后由信号发生器生成ISO7637-5a标准脉冲波形，并施加于SM8S24A上，将ISO7637-5a标准脉冲波形参数调整为电源内阻为1Ω，下降时间为100ms。如图4所示，E点为最大浪涌点，F点为间隔100ms后的下降点，G点为最小击穿电压线上与E点对应的点，H点为最小击穿电压线上与F点对应的点，梯形EFGH的面积即为SM8S24A的实验承载能量。此时由于Vs＝100V，Vr＝36V，Vs+T＝60V，R＝1Ω，则Ps＝4096W，Ps+T＝576W，进而计算得到Q2＝233.6J。
由于Q2＜Q1，则说明SM8S24A型号的TVS管满足ISO7637-5a标准脉冲波形的实验要求，符合车载电子电器系统的设计标准。
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种TVS管检测系统，其特征在于，所述系统包括信号发生器、示波器和处理器；
所述信号发生器，用于生成ISO7637-5a标准脉冲波形，并将所述ISO7637-5a标准脉冲波形施加于TVS管的输入端；
所述示波器，用于读取所述TVS管的输出端的输出波形；
所述处理器，用于根据梯形面积法和所述TVS管的标准测试数据确定所述TVS管的标准承载能量，根据梯形面积法和所述输出波形确定所述TVS管的实验承载能量，并根据所述标准承载能量和所述实验承载能量确定所述TVS管是否达标。
2.根据权利要求1所述的TVS管检测系统，其特征在于，所述处理器具体用于：
通过第一公式计算所述标准承载能量，所述第一公式为：Q1＝1/2*(P0+PT)*T，
其中，Q1为所述标准承载能量，P0为所述标准测试数据中初始点的功率，T为脉冲电压的下降时间，PT为与所述初始点间隔所述下降时间的点的功率；
通过第二公式计算所述实验承载能量，所述第二公式为：Q2＝1/2*(Ps+Ps+T)*T，
其中，Q2为所述实验承载能量，Ps为所述输出波形中最大浪涌点的功率，Ps+T为与所述最大浪涌点间隔所述下降时间的下降点的功率；
当Q2小于Q1时，确定所述TVS管为达标TVS管。
3.根据权利要求2所述的TVS管检测系统，其特征在于，所述处理器具体还用于：
通过第三公式计算所述最大浪涌点的功率，所述第三公式为：Ps＝(Vs-Vr)*(Vs-Vr)/R，
其中，Vs为所述最大浪涌点的电压，Vr为所述TVS管的最小击穿电压，R为电源内阻；
通过第四公式计算所述下降点的功率，所述第四公式为：Ps+T＝(Vs+T-Vr)*(Vs+T-Vr)/R，
其中，Vs+T为所述下降点的电压。
4.根据权利要求3所述的TVS管检测系统，其特征在于，
所述ISO7637-5a标准脉冲波形指示的所述电源内阻R的范围是0.5Ω至4Ω，脉冲电压的所述下降时间T的范围是40ms至400ms。
5.根据权利要求4所述的TVS管检测系统，其特征在于，所述电源内阻R为1Ω，所述下降时间T为100ms。
6.一种TVS管检测方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，信号发生器生成ISO7637-5a标准脉冲波形，并将所述ISO7637-5a标准脉冲波形施加于TVS管的输入端；
步骤2，示波器读取所述TVS管的输出端的输出波形；
步骤3，处理器根据梯形面积法和所述TVS管的标准测试数据确定所述TVS管的标准承载能量，根据梯形面积法和所述输出波形确定所述TVS管的实验承载能量，并根据所述标准承载能量和所述实验承载能量确定所述TVS管是否达标。
7.根据权利要求6所述的TVS管检测方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
步骤3.1，通过第一公式计算所述标准承载能量，所述第一公式为：Q1＝1/2*(P0+PT)*T，
其中，Q1为所述标准承载能量，P0为所述标准测试数据中初始点的功率，T为脉冲电压的下降时间，PT为与所述初始点间隔所述下降时间的点的功率；
步骤3.2，通过第二公式计算所述实验承载能量，所述第二公式为：Q2＝1/2*(Ps+Ps+T)*T，
其中，Q2为所述实验承载能量，Ps为所述输出波形中最大浪涌点的功率，Ps+T为与所述最大浪涌点间隔所述下降时间的下降点的功率；
步骤3.3，当Q2小于Q1时，确定所述TVS管为达标TVS管。
8.根据权利要求7所述的TVS管检测方法，其特征在于，所述步骤3.2具体包括：
步骤3.2.1，通过第三公式计算所述最大浪涌点的功率，所述第三公式为：Ps＝(Vs-Vr)*(Vs-Vr)/R，
其中，Vs为所述最大浪涌点的电压，Vr为所述TVS管的最小击穿电压，R为电源内阻；
步骤3.2.2，通过第四公式计算所述下降点的功率，所述第四公式为：Ps+T＝(Vs+T-Vr)*(Vs+T-Vr)/R，
其中，Vs+T为所述下降点的电压。
9.根据权利要求8所述的TVS管检测方法，其特征在于，所述ISO7637-5a标准脉冲波形指示的所述电源内阻R的范围是0.5Ω至4Ω，脉冲电压的所述下降时间T的范围是40ms至400ms。
10.根据权利要求9所述的TVS管检测方法，其特征在于，所述电源内阻R为1Ω，所述下降时间T为100ms。
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