Выбор и применение полупроводниковых TVS-диодов TRANSZORB®
Для обеспечения требуемых технических и эксплуатационных характеристик аппаратуры важную роль играет выбор и правильность применения полупроводниковых TVS-диодов.
От этого зависит ее надежность, а также надежность самих ограничителей при наличии различного рода перегрузок по напряжению в цепях радиоэлектронной аппаратуры. В связи с этим полупроводниковые TVS-диоды для любого устройства должны удовлетворять следующим требованиям:
Электрические параметры ограничителей напряжения устанавливают в соответствии с указанными выше параметрами исходя из следующих условий:
Iогр,н і Iпроб, V(BR), Ј VС, Pppm і VС x Iогр,н, [1]
где Iогр,н — ток ограничения, значение которого рассчитывают по известным параметрам Uп, Rc и (или) Lc.
При использовании TVS-диодов в цепях переменного тока высокой частоты, в которых их емкость влияет на характеристики и параметры защищаемых устройств, необходимо последовательно с ними включать импульсные диоды с малой собственной емкостью. При этом обратное напряжение и прямой ток каждого импульсного диода должны быть больше, чем у используемого TVS-диода.
Рис. 29
При монтаже TVS-диодов следует учитывать, что напряжение импульса переходного процесса в цепи (рис. 29) распределяется согласно выражению:
Uп = Rci + Lcdi/dt + Lodi/dt + 2rдi + Uo. [2]
При больших скоростях изменения тока переходного процесса наибольшая эффективность защиты может быть достигнута при условии Lc >Lo. Поэтому при монтаже TVS-диодов их следует размещать как можно ближе к защищаемой схеме, а пайку выводов диода проводить на минимально возможном расстоянии от корпуса прибора.
Устройство защита от перенапряжения электрических схем и приборов
Рекомендуемые схемы защиты цепей электронного оборудования от электрических перегрузок по напряжению с помощью TVS-диодов TRANSZORB®
Выпускаемые в настоящее время TVS-диоды TRANSZORB® не всегда могут удовлетворять одновременно всем требованиям, изложенным в предыдущем разделе, в особенности при больших уровнях энергии импульсов напряжений. Поэтому на практике применяют комбинированные схемы защиты с двумя или тремя ограничителями напряжения, выполненными с использованием различных физических принципов.
Защита цепей постоянного тока
Рис. 30
Рис. 31
Для защиты от опасных напряжений ключевых элементов, в цепях которых имеется индуктивная нагрузка, TVS-диоды включаются параллельно защищаемому элементу, как показано на рис. 32, а, либо параллельно нагрузке (рис. 32, б). Для надежной защиты ключевого элемента от опасных перегрузок по напряжению используется схема защиты, приведенная на рис. 32, в.
Рис. 32
Переходные процессы в затворе МОП-транзистора часто происходят из-за разрядов электростатического электричества (ESD). Установка TVS-диода между затвором и истоком позволит защитить МОП-транзистор от входных переходных процессов. В этом случае рекомендуется устанавливать TVS-диод со значением обратного напряжения, превышающим входное напряжение МОП-транзистора.
Для подавления ESD рекомендуется использовать TVS-диоды TRANSZORB® со значением максимально допустимой импульсной мощности (Pppm ) — 400 Вт. Схема, иллюстрирующая эти методы защиты, показана на рис. 33.
Рис. 33
Защита цепей питания переменного тока
Рис. 34
Рис. 35
Рис. 36
Защита информационных цепей и цепей переменного тока высокой частоты
Рис. 37
Рис. 38
В цепях высокой частоты рекомендуется использовать малоемкостные TVS-диоды или для уменьшения емкости TVS-диода последовательно с ними включать малоемкостные импульсные диоды (диоды с барьером Шотки), как это показано на примере защиты схемы симметричных линий связи (рис. 39).
Рис. 39
Защита от критического значения тока
В предыдущей статье мы рассмотрели регуляторы и способы ограничения их тока. Давайте посмотрим на это еще раз.
На рис.5 Q8 — это магистральный входной транзистор, регулируемый цепочкой Q10 и D8. R19 и Q9 — эта часть схемы контролирует максимальный ток. Если напряжение между базой и эмиттером Q9 достигает 0,6 В, Q9 начинает включаться, тем самым гасит ток в базе Q8, принуждая его отключаться.
Фокус заключается в подборе номинала R19 таким образом, чтобы при токе отсечки, напряжение снижалось на 0,6V. Итак, если мы хотим отключиться на токе 2А, R = V/I = 0,6/2 = 0,3 или 0,33 Ом. Поскольку этот резистор пропускает через себя полный ток нагрузки, он должен быть рассчитан на мощность не менее 5 Вт.
Обратите внимание, что вы должны на компонентах, которые будут нагреваться, оставить длину выводов немного побольше, и увеличить под них площадь радиатора охлаждения на печатной плате. Кроме того, припаяйте его, чтобы значительно повысить его способность рассеивать тепло (но не делайте этого с радиочастотными компонентами!)
Защита микросхем от ESD и перенапряжений.
Еще одно устройство защита от перенапряжения
Конечно, есть и другие устройства защиты от перегрузки по току, такие как предохранители и автоматические выключатели для большого переменного тока, наверняка они имеются в линии электроснабжения и вашего дома.
Автоматические выключатели — это отдельная тема. Но в общем, это простые переключатели, у которых есть механизм их отключения. В обычном автоматическом выключателе — это биметаллическая полоса, через которую течет ток и изгибается при нагревании.
Затем он механически присоединяется к механизму отключения и срабатывает при определенном токе. Автоматические выключатели также имеют небольшую индуктивную составляющую, поэтому автоматический выключатель может отключаться медленно при перегрузке или очень быстро при коротком замыкании.
TVS диоды
В нормальных условиях TVS диод находится в высокоимпедансном состоянии. Когда напряжение на диоде превышает рабочее, импеданс диода понижается, и ток разряда начинает течь через него. При понижении напряжения на TVS диоде он снова возвращается в высокоимпедансное состояние.
Вольтамперная характеристика TVS диода аналогична характеристике стабилитрона, поэтому их иногда путают друг с другом. На самом деле это разные приборы. TVS диоды были разработаны специально для защиты цепей от импульсов перенапряжения, в то время как стабилитроны предназначены для стабилизации напряжения и не рассчитаны выдерживать значительные импульсы тока .
TVS диоды имеют высокое быстродействие, низкое рабочее напряжение и маленькую емкость, что делает их идеальными компонентами для защиты полупроводниковых компонентов от электростатического разряда.
Рис. 36
Проверка целостности защитного диода
Проверка на целостность защитного, как и выпрямительного (в том числе силового), диода осуществляется мультиметром (как вариант, можно применить омметр). Использовать прибор с этой целью можно только в режиме прозвонки.
В случае выявления утечки во время смены полюсов, можно говорить о дисфункциональности элемента и необходимости его замены. Аналогично можно проверить защитный диод автомобильного генератора.
Параметр #6: Ток утечки (ILEAK) и паразитная ёмкость
- Защита наземных приборов от воздействия природных явлений (удары молний);
- Защита авиатехники;
- Страховка от воздействия импульсов электрической природы при неисправности питающего блока.[/google_font]
Основные качества TVS-диодов
- Способность стабильно функционировать в условиях обратного напряжения;
- Обратные токи должны быть на самом деле минимальны, чтобы никак не влиять на функциональность прибора в целом.
- Скорость реакции на быстрое критическое воздействие должна находиться на минимально возможном уровне.
- Максимально возможный показатель по уровню рассеиваемой мощности.
Но, в качестве итога, необходимо признать, что выполнение одного условия зачастую влечёт за собой нарушение другого.
Необходимо помнить, что все даваемые производителем характеристики диода являются таковыми только в конкретных температурных условиях. При более высоких температурах допустимая пиковая мощность и токи уменьшатся.
Впрочем, несмотря даже на такие недостатки, диодные предохранители всё-таки оказываются лучше приборов, устройств и элементов с аналогичным назначением.
