Вибір і застосування напівпровідникових TVS-діодів TRANSZORB

1. Вибір і застосування напівпровідникових TVS-діодів TRANSZORB®
2. Рекомендовані схеми захисту ланцюгів електронного обладнання від електричних перевантажень по напрузі...
3. Одноступінчаті схеми захисту
4. Мал. 30
5. Мал. 32
6. Мал. 33
7. Мал. 34
8. Мал. 35
9. Мал. 36
10. Мал. 37
11. Мал. 38
12. Мал. 39
13. Мал. 40
14. література:
15. Інші статті на цю тему:

Наша сеть партнеров Banwar

2001

Вибір і застосування напівпровідникових TVS-діодів TRANSZORB®

Для забезпечення необхідних технічних і експлуатаційних характеристик апаратури важливу роль відіграє вибір і правильність застосування напівпровідникових TVS-діодів.

Від цього залежить її надійність, а також надійність самих обмежувачів при наявності різного роду перевантажень по напрузі в ланцюгах радіоелектронної апаратури. У зв'язку з цим напівпровідникові TVS-діоди для будь-якого пристрою повинні відповідати таким вимогам:

При виборі напівпровідникових TVS-діодів попередньо визначають параметри імпульсу перехідного процесу, тобто амплітуду напруги Uп, тривалість імпульсу і його форму; параметри захищається ланцюга: активний опір Rc і (або) індуктивність ланцюга Lc, значення і характер напруги, може діяти в ланцюзі при відсутності імпульсу перехідного процесу VС, а також допустиму амплітуду напруги в ланцюзі в момент впливу імпульсу перехідного процесу.

Електричні параметри обмежувачів напруги встановлюють відповідно до зазначених вище параметрами виходячи з таких умов:
Iогр, н и Iпроб, V (BR), Ј VС, Pppm и VС x Iогр, н, [1]
де Iогр, н - струм обмеження, значення якого розраховують за відомими параметрами Uп, Rc і (або) Lc.

Серію напівпровідникових TVS-діодів TRANSZORB® вибирають виходячи з розрахованого значення Pppm з урахуванням тривалості імпульсу перехідного процесу td і його форми відповідно до залежностями Pppm від td (рис. 5). Тип TVS-діоди з обраної серії визначають виходячи з того, що постійне зворотне напруга VWM має дорівнювати напрузі, що діє в ланцюзі, або трохи перевищувати його з урахуванням максимального допуску. Якщо потужність одного TVS-діодів не задовольняє заданим вимогам по Pppm, їх з'єднують послідовно. При двох послідовно з'єднаних TVS-діодів потужність подвоюється, при трьох - потроюється і т. Д. Допускається послідовне з'єднання будь-якого числа TVS-діодів. При цьому розкид по напрузі пробою VBR кожного діода не повинен перевищувати 5%, що гарантує рівну навантаження на послідовно з'єднаних приладах. Якщо неможливо досягти необхідної потужності при послідовному з'єднанні діодів, допускається їх паралельне з'єднання. Для гарантованої завантаженості діодів по потужності необхідно точне їх узгодження з імпульсного напрузі обмеження VС. У цьому випадку воно не повинно відрізнятися більш ніж на 20 мВ. Допускається також змішане з'єднання діодів. Якщо імпульс перехідного процесу являє собою швидко затухаючі багаторазові коливання, то розрахунок параметрів TVS-діодів проводять по обвідної цих коливань.

При використанні TVS-діодів в ланцюгах змінного струму високої частоти, в яких їх ємність впливає на характеристики і параметри захищаються пристроїв, необхідно послідовно з ними включати імпульсні діоди з малою власною ємністю. При цьому зворотна напруга і прямий струм кожного імпульсного діода повинні бути більше, ніж у використовуваного TVS-діоди.

При монтажі TVS-діодів слід враховувати, що напруга імпульсу перехідного процесу в ланцюзі (рис. 29) розподіляється відповідно до виразу:
Uп = Rci + Lcdi / dt + Lodi / dt + 2rдi + Uo. [2]

Перші два доданків в цьому виразі визначають величину падіння напруги на активному і індуктивному опорах ланцюга в точках a-а ', останні - на індуктивному і активному опорах TVS-діодів в точках б-б'. З [2] випливає, що чим більше значення Ic і Pppm, тим менша частка напруги буде падати на вході захищається ланцюга (в точках б-б '). З метою зменшення сплесків напруги в ланцюзі захисту необхідно дотримуватися умови:
Lc> Lo, Rc> 2rд. [3]

При великих швидкостях зміни струму перехідного процесу найбільша ефективність захисту може бути досягнута за умови Lc> Lo. Тому при монтажі TVS-діодів їх слід розміщувати якомога ближче до захищається схемою, а пайку висновків діода проводити на мінімально можливій відстані від корпусу приладу.

Рекомендовані схеми захисту ланцюгів електронного обладнання від електричних перевантажень по напрузі за допомогою TVS-діодів TRANSZORB®

Конкретні типи TVS-діодів TRANSZORB® в кожній схемі захисту вибираються в залежності від характеристик захищаються ланцюгів. Захищаються ланцюга поділяються на ланцюзі постійного струму, змінного струму (симетричні або асиметричні), а також сигнальні ланцюга, що несуть інформацію за допомогою одно- або двополярного імпульсних сигналів. У свою чергу, сигнальні ланцюга і ланцюга змінного струму можуть бути низької або високої частоти, що також необхідно враховувати при виборі TVS-діодів.

Випускаються в даний час TVS-діоди TRANSZORB® не завжди можуть задовольняти одночасно всім вимогам, викладеним в попередньому розділі, особливо при великих рівнях енергії імпульсів напруг. Тому на практиці застосовують комбіновані схеми захисту з двома або трьома обмежувачами напруги, виконаними з використанням різних фізичних принципів.

Одноступінчаті схеми захисту

Захист кіл постійного струму

Для захисту ланцюгів постійного струму від різного роду перевантажень по напрузі використовуються несиметричні TVS-діоди. Несиметричність їх ВАХ дозволяє здійснювати захист на різних потенційних рівнях, що характерно для ланцюгів постійного струму. Гранична напруга цих приладів нижче напруги обмежувача, що забезпечує їх автоматичне відключення від ланцюга постійного струму після проходження імпульсу напруги. Час їх включення менше часу найшвидших перехідних процесів, що також визначає перевагу їх застосування в ланцюгах постійного струму. Типова схема включення TVS-діодів для захисту джерел живлення постійного струму від електричних перевантажень по напрузі приведена на рис. 30. TVS-діоди в цих випадках повинні включатися на вході кожного споживача і виході джерела живлення. На рис. 31 показані схеми захисту ланцюгів живлення споживачів від різнополярних джерел, наприклад, для захисту мікросхем.

Мал. 30

Для захисту від небезпечних напруг ключових елементів, в ланцюгах яких є індуктивне навантаження, TVS-діоди включаються паралельно захищається елементу, як показано на рис. 32, а, або паралельно навантаженні (рис. 32, б). Для надійного захисту ключового елемента від небезпечних перевантажень по напрузі використовується схема захисту, наведена на рис. 32, ст.

Мал. 32

Однією з найбільш частих причин виходу з ладу електронних пристроїв, що включають в себе МОП-транзистори, є перевищення допустимого значення напруги стік-витік (VDS). Наприклад, перемикання індуктивного навантаження викликає перенапруження, в результаті якого перевищується максимально допустима напруга VDS МОП-транзистора. Це викликає лавинний пробій напівпровідника і руйнування транзистора. Один з методів захисту МОП-транзистора полягає в підключенні TVS-діоди між стоком і витоком. Для правильного вибору TVS-діоди необхідно виконати наступні рекомендації:

Перехідні процеси в затворі МОП-транзистора часто відбуваються через розрядів електростатичного електрики (ESD). Установка TVS-діоди між затвором і витоком дозволить захистити МОП-транзистор від вхідних перехідних процесів. В цьому випадку рекомендується встановлювати TVS-діод із значенням зворотної напруги, що перевищує вхідну напругу МОП-транзистора.

Для придушення ESD рекомендується використовувати TVS-діоди TRANSZORB® зі значенням максимально допустимої імпульсної потужності (Pppm) - 400 Вт. Схема, що ілюструє ці методи захисту, показана на рис. 33.

Мал. 33

Захист кіл змінного струму

Захист кіл змінного струму може здійснюватися шляхом включення двох несиметричних TVS-діодів, як показано на рис. 34 і 35. Включення елементів захисту на вході і виході трансформатора дозволить знизити рівень напруги на його виході. При наявності в ланцюзі змінного струму випрямних діодів, включених по мостовій схемі, їх захист може бути здійснена одним несиметричним TVS-діодом при його включенні в діагональ моста (рис. 36). Однак швидкодія захисту в цьому випадку буде визначатися часом включення випрямних діодів.

Мал. 34

Мал. 35

Мал. 36

Захист інформаційних ланцюгів і ланцюгів змінного струму високої частоти

Застосування TVS-діодів - це хороше рішення для захисту подібних ланцюгів. Вибір типу TVS-діоди TRANSZORB® залежить від характеру сигналів, що діють в ланцюгах (одно- або двополярного), і частоти їх повторення. Так, для захисту ланцюгів з однополярним сигналами може бути використана схема включення несиметричних TVS-діодів, наведена на рис. 37 і 38. TVS-діоди включаються в кожну сигнальну ланцюг передачі даних. При наявності в ланцюзі двополярного сигналів замість несиметричних використовуються симетричні TVS-діоди.

Мал. 37

Мал. 38

У ланцюгах високої частоти рекомендується використовувати малоемкостние TVS-діоди або для зменшення ємності TVS-діоди послідовно з ними включати малоемкостние імпульсні діоди (діоди з бар'єром Шотки), як це показано на прикладі захисту схеми симетричних ліній зв'язку (рис. 39).

Мал. 39

Багатоступінчасті схеми захисту

Багатоступінчасті схеми захисту використовуються в тому випадку, коли величина енергії, що поглинається TVS-діоди перевищує встановлений для нього допустимий рівень. Типовим прикладом використання багатоступінчастої захисту є двоступенева захист в симетричних лініях зв'язку, де TVS-діоди включають в кожну ланцюг лінії симетрично щодо загальної шини заземлення, як показано на рис. 40 для випадків захисту низькочастотних і високочастотних ланцюгів. Час проходження імпульсу струму через TVS-діоди VD1-VD6 одно часу запізнювання пробою розрядників Р1-Р2, яке не перевищує 0,5 ... 1 мкс, тому що поглинається діодом енергія невелика і основна частка енергії напруги поглинається потім разрядником.

Мал. 40

При наявності другого ступеня захисту в ланцюг повинен бути додатково включений резистор, опір якого визначається за такою формулою:
Rогр = Uc1 - Uc2 / Ippm,
де Uc1, Uc2 - рівні обмеження розрядника і TVS-діоди відповідно; Ippm - допустимий струм TVS-діоди.

Включення резисторів з незначним опором (одиниці Ом) в інформаційні ланцюга не зробить помітного впливу на параметри робочих сигналів.

література:

1. Черепанов В. П., Хрулев А. К., Блудов І. П. Електронні прилади для захисту РЕА від електричних перевантажень. - М .: Радио и связь, 1994. С. 223.
2. http://www.gensemi.com.

Завантажити статтю в форматі PDF

Інші статті на цю тему:

повідомити про помилку