Wpływ przejściowych szczytów napięcia na obwody elektroniczne jest różny, począwszy od niewielkich awarii i kończąc katastrofalnymi skutkami, które mogą spowodować uszkodzenie komponentów obwodu.Przyczyny takich przejściowych zjawisk są różne, w tym piorun, prąd statyczny i wyładowanie indukowane (rys. 1).
Rysunek 1: Prędkość prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości prędkości
Takie przechodnie mogą generować impulsy o napięciu szczytowym od setek woltów do dziesiątek tysięcy woltów i prądy osiągające poziom kiloamperów,o długości od setek nanosekund do milisekund.
Zmniejszenie napięcia zasilania i miniaturyzacja układów IC i procesorów sprawiają, że są one bardziej wrażliwe na prędkość prądu.Dotyczy to zwłaszcza pojazdów sterowanych przez wiele systemów elektronicznych, w tym silnik, kierowanie, hamowanie, klimatyzacja i rozrywka.
Aby chronić wrażliwe obwody, opracowano różne strategie projektowe, w tym zasłonięte okablowanie, filtry, tłumienie łuku i urządzenia zaciskujące.Osłony i filtry przyjmują konstrukcję pasywną, natomiast układy tłumiące łuk i zabezpieczające zaciski wykorzystują aktywne mechanizmy.i inne urządzenia gaśnice łukowe przenoszą prądy przejściowe na ziemię w celu ochrony obwoduW przypadku gdy urządzenie gaszące łuk znajduje się w stanie aktywnym, zabezpieczony sprzęt nie działa, ale po zniknięciu przejściowego urządzenie może normalnie działać.
Urządzenia do zaciskania obejmują varystory tlenku metalu (MOV), diody Zenera i diody lawinowe do tłumienia przejściowego napięcia (TVS),o pojemności przekraczającej 50 WDiody TVS są szeroko stosowane jako urządzenia zaciskujące ze względu na ich szybką prędkość reakcji i wysoką rozpraszanie mocy.
Diody tłumiące napięcie przejściowe
Dioda TVS jest diodą lawinową używaną jako urządzenie zaciskujące.odwróci nadmiar prądu i utrzyma napięcie na stałym potencjale/Kiedy napięcie jest niższe niż wartość awarii, /automatycznie zostanie zresetowane.
Diody TVS mogą być stosowane jako urządzenia jednokierunkowe w celu zapobiegania jednobiegunowym przejściom, a także urządzenia dwukierunkowe w celu zapobiegania przejściom dowolnej biegunowości (rysunek 2).Urządzenia dwukierunkowe mogą być symetryczne, zdolne do zaciskania dowolnego napięcia polarnego o tej samej amplitudzie lub asymetryczne, zdolne do zaciskania do różnych poziomów napięcia w oparciu o polarność przejściowych.
Rysunek 2: Charakterystyka rozpadu napięcia prądu i symbole schematyczne trzech urządzeń TVS (źródło zdjęcia: Littelfuse Inc.)
Zasada działania jednokierunkowej diody TVS jest podobna do zasady prostej diody.dopóki nie przekroczy napięcia awaryjnego (VBR) diodyKiedy zastosowane napięcie przekracza VBR, dioda przewodzi, utrzymując napięcie na wszystkich terminach przy napięciu zacisku (VC).Maksymalna moc, którą ta dioda może rozpraszać, wynosi prąd impulsowy szczytowy (IPP) x VC.
Dwukierunkowa dioda TVS jest równoważna dwóm diodom od tyłu do tyłu. Gdy napięcie awaryjne (VBR) nie jest przekroczone w żadnym kierunku, przepływa tylko niewielki prąd odwrotnego wycieku (IR).Ta operacja jest symetryczna, ponieważ amplitudy napięcia rozbicia w dwóch warunkach przesunięcia są takie same.
Funkcja asymetrycznych diod TVS jest podobna do funkcji urządzeń dwukierunkowych, ale ich napięcia awaryjne (VBR1 i VBR2) są różne.
Asymetryczna dioda TVS
Można się zastanawiać, dlaczego asymetryczne diody TVS są potrzebne.te sterowniki są podatne na uszkodzenia spowodowane przez przepływy napięciaPrzyjrzyjmy się SiC MOSFET lub inwerter trakcyjny używany do ładowania samochodów (rysunek 3).
Rysunek 3: Asymetryczne TPSMB1505CA TVS używane do ochrony sterowników bram przełącznika SiC MOSFET. (źródło zdjęcia: Littelfuse Inc.)
Asymetryczny TVS Littelfuse TPSMB1505CA służy do ochrony sterownika bramy MOSFET.podczas gdy w stanie wyłączonym jest poniżej -10 VNominalne napięcie rozbicia katody (K) do anody (A) TPSMB1505CA wynosi od 16,7 do 18,5 V, a maksymalne napięcie zaciskowe wynosi 24,4 V.a czas trwania bieżącego impulsu wynosi od 10 do 1000 ms.
Napięcie awaryjne TVS od A do K wynosi 6,8 do 7,4 V, a maksymalne napięcie zaciskowe 11,5 V. Prąd impulsowy szczytowy w tym kierunku wynosi 60 A,a czas trwania bieżącego impulsu wynosi również od 10 do 1000 msWarto zauważyć, że można to osiągnąć tylko za pomocą jednego komponentu.
Dioda TVS asymetryczna serii Littelfuse TPSMB (rysunek 4) zawiera dwa dodatkowe komponenty o różnych napięciach awarii K do A. TPSMB1805CA zapewnia zakres napięć awarii K do A wynoszący 20.0 do 21.1 V, z maksymalnym napięciem zacisku wynoszącym 29,2 V. Nominalna Ipp wynosi 20,6 A, a czas trwania impulsu wynosi od 10 do 1000 ms. Zakres napięcia awaryjnego od A do K jest taki sam jak w TPSMB1505CA (6,8 do 7,4 V).