Aprenda cómo funcionan los diodos TVS, su importancia para proteger componentes electrónicos sensibles contra pulsos ESD, y cómo seleccionarlos y optimizarlos para diseños de PCB. Explore factores clave como el voltaje de ruptura, el voltaje de sujeción y la ubicación óptima para una protección mejorada.
Para los ingenieros, la protección contra sobretensiones no se trata solo de seleccionar la tarjeta de alimentación adecuada o desconectar los cables. Implica colocar componentes de protección transitoria dentro del diseño de PCB y aplicar estrategias claras de puesta a tierra. Diodos TVS son componentes comunes utilizados para proteger partes de un PCB, especialmente en líneas de datos. Al recibir un pulso de ESD, redirigen la corriente lejos de los componentes protegidos. Asegurar que el diseño del PCB optimice la protección transitoria es crucial para prevenir daños y mantener el correcto funcionamiento del dispositivo.
Un diodo TVS se utiliza principalmente para proteger equipos contra eventos transitorios, especialmente picos relacionados con ESD. Los diodos TVS suelen confundirse con Zener o Diodos Schottky , pero son diferentes. Compuesto por un semiconductor de unión pn, un diodo TVS conduce durante picos de tensión transitorios. En condiciones normales, permanece en alta impedancia con una corriente de fuga mínima. Una vez que el voltaje transitorio excede el umbral de ruptura, ocurre una ruptura por avalancha, permitiendo que la corriente pase a través del diodo, redirigiendo así la corriente excesiva lejos de componentes sensibles.
Los diodos TVS reaccionan extremadamente rápido, a menudo en el rango de picosegundos, lo que los hace muy efectivos para manejar pulsos ESD rápidos con tiempos cortos de subida.
Todos los diodos TVS funcionan de manera similar: cuando ocurre un pico de tensión transitorio, este supera rápidamente el voltaje de ruptura inversa del diodo, haciendo que conduzca. Sin embargo, no todos los diodos TVS son iguales, y elegir la protección incorrecta puede resultar en una protección transitoria inefectiva. Al seleccionar un diodo TVS, considere los siguientes parámetros clave:
Voltaje de Ruptura Inversa (VB): El voltaje en el cual el diodo TVS comienza a conducir.
Voltaje de Disparo (VC): El voltaje en el cual el diodo TVS conduce significativamente y limita el transitorio. Un voltaje de disparo más bajo proporciona una mejor protección.
Voltaje Inverso de Trabajo (VWM): El voltaje máximo de polarización inversa bajo el cual el diodo TVS permanece no conductor, exhibiendo alta impedancia y corriente de fuga mínima.
Potencia de Pico de Pulso (PPP): La cantidad de potencia que puede disipar con seguridad el diodo TVS durante un evento transitorio.
El principio detrás del funcionamiento de los diodos TVS es sencillo: cuando el circuito recibe un pulso de ESD, rápidamente excede el voltaje de ruptura inversa del diodo. Los conductores expuestos, como aquellos conectados a conectores externos, son propensos a El pulsos. Si estos conductores transportan señales hacia componentes, el pulso de ESD puede transferir un voltaje/corriente elevada al componente, posiblemente dañándolo.
En presencia de un diodo TVS, el pulso se desvía a través del diodo, el cual proporciona una trayectoria de baja impedancia hacia tierra. Normalmente, el cátodo está conectado a tierra, permitiendo que el pulso de ESD se descargue hacia el plano de tierra, siempre que esté disponible una trayectoria de baja impedancia.
Los diodos TVS vienen en dos tipos: bidireccionales y unidireccionales, los cuales cumplen diferentes funciones:
Los diodos TVS bidireccionales se utilizan cuando el circuito transporta tanto señales positivas como negativas, como en pares diferenciales o circuitos analógicos oscilantes bidireccionales. Estos diodos ofrecen una protección integral contra descargas electrostáticas (ESD), incluyendo durante fallos de conexión a tierra.
Los diodos TVS unidireccionales proporcionan protección cuando solo está involucrada una sola polaridad. Aunque estos diodos ofrecen protección para circuitos típicos, los fallos de conexión a tierra pueden exponer los componentes a cierto voltaje.
Además de seleccionar el diodo TVS adecuado, la efectividad de la protección depende en gran medida del diseño mismo de la placa de circuito (PCB). Las siguientes pautas ayudan a garantizar un rendimiento óptimo del diodo TVS:
Ubicación: Los diodos TVS deben colocarse cerca de los conductores expuestos que puedan estar sujetos a eventos de ESD, como conectores o líneas de señal abiertas. Minimizar la longitud de las pistas entre el diodo TVS y los conductores expuestos reduce la inductancia parásita y mejora el tiempo de respuesta.
Referencia: Idealmente, los diodos TVS deben conectarse a un plano de tierra separado del utilizado por el componente a proteger. Si esto no es posible, conéctelos a la tierra del chasis mediante pistas hacia elementos metálicos como tornillos o orificios de montaje. Una tierra de baja impedancia es esencial para disipar rápidamente la energía transitoria.
Eliminación del Blindaje Pasivo: Algunos componentes, como conectores blindados, están diseñados para prevenir la interferencia de ESD y ruido. Estos deben usarse en conjunto con diodos TVS para garantizar una protección completa. El blindaje de un conector debe conectarse directamente a la tierra del chasis o al plano de tierra para mantener una trayectoria de baja impedancia para la corriente transitoria.
Siguiendo estas pautas, los diodos TVS pueden utilizarse de manera óptima para una protección eficiente contra sobretensiones y ESD en diseños de circuitos.
Protección con diodo TVS | Consejos de diseño de PCB | Protección contra sobretensiones ESD | Protección contra tensiones transitorias | Aplicación del diodo TVS | Protección de componentes electrónicos | Colocación del diodo TVS | Diseño de protección contra sobretensiones | Protección de componentes en PCB | Tensión de ruptura del diodo TVS
EN
