Išsamesnė trijų pagrindinių perkrovinės įtampos apsaugos prietaisų – TVS diodų, varistorių ir dujų išsisklaidymo lempučių – savybių analizė pagal reakcijos laiką, leistiną impulsinę srovę ir įtampos ribojimą padės pasirinkti tinkamiausią perkrovinės įtampos apsaugos sprendimą Jūsų aplikacijai
1. Kodėl perkrovių apsauga nuo žaibo yra būtina?
Per audrą stiprios žaibo iškrova generuoja didelio masto elektromagnetinius impulsus (EMP). Šie trumpalaikiai aukšto įtampos/srovės impulsai gali patekti į vidinius grandines per maitinimo linijas, signalo linijas arba įžeminimo sistemas, todėl atsiranda:
Integruotų grandynų (IC) gedimas ir sugadinimas
Ryšių sistemų sutrikimas
Sensorių rodmenų anomalijos
Perviršinis įrenginių kaitimas ir pažeidimai
Duomenų praradimas atminties/saugojimo vienetuose
Aukštos patikimumo sritims, tokioms kaip pramonės valdymas, energijos sistemos, tinklo įranga ir stebėjimo kameros, naudoti veiksmingus perkrovos apsaugos įrenginius tapo privaloma saugumo dizaino reikalavimu.
2. Trijų pagrindinių įtampos perkrosvykdomų apsaugos prietaisų apžvalga
Įrenginio tipas |
Anglų kalbos santrumpa |
Darbo tipas |
Ar gali būti integruotas |
TVS diodas |
TVS |
Įtampos ribojimo tipas |
✅ Galima integruoti |
Varistorius |
MOV |
Įtampos ribojimo tipas |
❌ Atskiras |
Dujų išlydžio vamzdelis |
GDT |
Vilkimo tipas |
❌ Atskiras |
Šie trys komponentai – TVS diodai, varistoriai ir dujų išsisklaidymo vamzdeliai – yra arba svertiniai, arba jungiklio tipo apsaugos prietaisai. Jų funkcija yra greitai nukreipti laikiną aukštą įtampą į žemę arba apeiti, sumažinant likutinę įtampą ir apsaugant pagrindinę grandinę.
3. Branduolinių našumo parametrų gilus palyginimas
3.1 Reakcijos laikas
TVS diodas: < 1 ns (pikosekundės lygis), puikiai tinka naudoti ultra greitam laikinam slopinimui, pvz., ESD ir EFT impulsams.
Varistorius: Tipiškas reakcijos laikas – dešimtys iki šimtai nanosekundžių, tinkamas vidutinio greičio trikdžiams.
GDT: Lėčiausia reakcija (25–100 ns ar ilgiau), tinkamas sugerti aukštos energijos įtampos šuoliams.
Išvada: Greičiausiai reaguojantis – TVS yra geriausias pasirinkimas.
3.2 Įtampos šuolio srovės talpa
TVS diodas: Dešimtys iki šimtų amperų (8/20 μs banga), skirta mažos galios aplikacijoms.
Varistorius: 1 kA–40 kA priklausomai nuo techninių charakteristikų, tinkamas vidutinės galios sistemoms.
GDT: 10 kA–100 kA, labai atsparus pakartotiniam impulsui (>500 kartų).
Išvada: Didelei srovei – GDT yra ideali parinktis.
3.3 Užspaudimo įtampa
TVS diodas: Tikslus įtampos ribojimas, šiek tiek virš pramušimo įtampos.
Varistorius: Įtampos ribojimo reikšmių skirtumai, mažiau tikslus nei TVS.
GDT: Pradeda leisti srovę po pramušimo su maža varža, tačiau lėta atstatymo veikla ir nestabili įtampos ribojimo būklė.
Išvada: Apskritimams, kuriems reikia tikslios įtampos kontrolės, rekomenduojamas TVS.
3.4 Tarnavimo laikas ir patikimumas
TVS diodas: Tinka ribotam perkrovas; rekomenduojami pramoniniai modeliai.
Varistorius: Veikiamas senimo; elektrinės savybės blogėja naudojant.
GDT: Geriausias išlaikymas nuo perkrovų ir ilgas tarnavimo laikas, tinkamas dažnoms perkrovoms.
Išvada: Naudokite GDT aukšto rizikos arba lauko aplinkose.
3.5 Integracija ir konstravimo lankstumas
TVS diodas: Gali būti integruotas su EMI/RFI filtrais; tinka kompaktiškoms konstrukcijoms.
Varistorius ir GDT: Masyvūs atskiri įrenginiai; netinka aukštos kokybės PCB montavimui.
Išvada: TVS yra idealus protingiems įrenginiams ir kompaktiškai elektronikai.
4. Rekomenduojamos pritaikymo sritys
Taikymo sritys |
Rekomenduojama konfigūracija |
Iliustruoti |
USB/HDMI/Aukšto dažnio sąsajos |
TVS masyvas |
Slopina ESD ir greitus impulsus, apsaugo I/O prievadus |
Maitinimo adapteriai/LED driveriai |
MOV + TVS |
MOV sugeria pagrindinę energiją, TVS fiksuoja likutinį įtampą |
RJ45 tinklo prievadai |
GDT + TVS + bendrosios schemos choke |
Daugiaperspektyvinė apsauga, atitinkanti IEC61000-4-5 standartą |
Stebėjimo/pramonės įranga |
GDT + MOV + TVS |
Viso kelio apsauga, padidina impulsų atsparumą |
Telekomunikacijų stotys/aukštos įtampos mazgai |
Didelės galios GDT + daugiapakopis TVS |
Veiksmingai valdo perkrovas nuo žaibo, padidina sistemos apsaugą |
5. Trys etapų apsaugos strategija: didelio patikimumo įtampos šuolio dizainas
Tipiška apsaugos architektūra susideda iš trijų lygmenų:
Pirminė apsauga: naudokite GDT arba perkrovos išlydžio priemones, kad sugertumėte pagrindinę perkrovos energiją
Antrinė apsauga: naudokite MOV, kad sugertumėte likutinę energiją
Tretinė apsauga: naudokite TVS, kad sumažintumėte galutinį likutinį įtampą ir apsaugotumėte mikroschemas (ICs)
Ši architektūra sulygina reakcijos greitį, srovės pralaidumą ir įtampos kontrolę – todėl tai pageidaujamas sprendimas šiuolaikinei perkrovos apsaugai.
6. Išvados
Joks vienas įrenginys negali atitikti visų perkrovos apsaugos reikalavimų:
Greitai reakcijai: pasirinkite TVS
Didelei srovės apkrovai: pasirinkite GDT
Kaina/nauda balansui: pasirinkite MOV
Optimalus dizainas turėtų derinti šiuos tris įrenginius pagal sistemos įtampą, sąsajos tipą ir aplinkos sąlygas, kad būtų pasiektas maksimalus patikimumas.