Leer hoe TVS-diodes werken, hun belang voor de bescherming van gevoelige elektronische componenten tegen ESD-pulsen, en hoe u deze kunt selecteren en optimaliseren voor PCB-layouts. Ontdek belangrijke factoren zoals breakdown voltage, clamping voltage en optimale plaatsing voor verbeterde bescherming.
Voor ingenieurs is spanningspiekbeveiliging niet alleen het kiezen van het juiste voedingsbord of het loskoppelen van kabels. Het betreft het plaatsen van componenten voor transiëntebescherming binnen het PCB-ontwerp en het toepassen van duidelijke aardingsstrategieën. TVS-diodes zijn veelgebruikte componenten om delen van een PCB te beschermen, met name in datalijnen. Bij het ontvangen van een ESD-puls leiden ze de stroom af van de beschermde componenten. Ervoor zorgen dat het PCB-ontwerp de transiëntebescherming optimaliseert, is cruciaal om schade te voorkomen en de juiste werking van het apparaat te behouden.
Een TVS-diode wordt voornamelijk gebruikt om apparatuur te beschermen tegen transiënte gebeurtenissen, met name ESD-gerelateerde spanningspieken. TVS-diodes worden vaak verward met Zener of Schottky Dioden -, maar ze zijn verschillend. Samengesteld uit een pn-junctie halfgeleider leidt een TVS-diode tijdens transiënte spanningspieken stroom. In normale toestand blijft het in hoge impedantie met minimale lekstroom. Zodra de transiënte spanning de breakdown-drempel overschrijdt, treedt een lawine-doorbraak op, waardoor stroom door de diode kan stromen, zodoende de excessieve stroom wordt omgeleid van gevoelige componenten.
TVS-diodes reageren uiterst snel, vaak in de picoseconde bereik, waardoor ze zeer effectief zijn in het verwerken van snelle ESD-pulsen met korte opstijgtijden.
Alle TVS-dioden werken op dezelfde manier: wanneer een spanningspiek optreedt, overschrijdt deze snel de doorlaatspanning van de diode in omgekeerde richting, waardoor deze gaat geleiden. Niet alle TVS-dioden zijn echter hetzelfde, en het kiezen van de verkeerde bescherming kan leiden tot onvoldoende tijdelijke spanningsbescherming. Bij het kiezen van een TVS-diode dient u rekening te houden met de volgende belangrijke parameters:
Omkeerspanning (VB): De spanning waarbij de TVS-diode begint te geleiden.
Klemspanning (VC): De spanning waarbij de TVS-diode significant gaat geleiden en de spanningspiek afvlakt. Een lagere klemspanning biedt betere bescherming.
Werktuiglijke omkeerspanning (VWM): De maximale spanning in omgekeerde richting waarbinnen de TVS-diode niet geleidend blijft, een hoge impedantie behoudt en een minimale lekstroom vertoont.
Piekmachtdisipatie (PPP): De hoeveelheid vermogen die de TVS-diode veilig kan dissiperen tijdens een tijdelijke spanningsgebeurtenis.
Het principe achter de werking van TVS-diodes is eenvoudig: wanneer de schakeling een ESD-puls ontvangt, overschrijdt deze snel de doorlaatspanning van de diode in sperrichting. Blootliggende geleiders, zoals die verbonden zijn met externe connectoren, zijn gevoelig voor - De pulsen. Als deze geleiders signalen naar componenten voeren, kan de ESD-puls een hoge spanning/stroom doorgeven aan het component, wat dit mogelijk kan beschadigen.
In aanwezigheid van een TVS-diode wordt de puls via de diode afgeleid, die een laagohmig pad naar aarde biedt. Meestal is de anode geaard, zodat de ESD-puls kan ontladen naar het aardingsvlak, mits een laagohmig aardingspad beschikbaar is.
TVS-diodes zijn er in twee typen: bidirectioneel en unidirectioneel, die elk verschillende toepassingen hebben:
Bidirectionele TVS-diodes worden gebruikt wanneer de schakeling zowel positieve als negatieve signalen voert, zoals in differentiële paren of bidirectionele oscillatoren. Deze diodes bieden uitgebreide ESD-bescherming, inclusief tijdens aardfouten.
Unidirectionele TVS-diodes bieden bescherming wanneer slechts één polariteit een rol speelt. Hoewel deze diodes bescherming bieden voor typische schakelingen, kunnen aardfouten componenten blootstellen aan enige spanning.
Naast het kiezen van de juiste TVS-diode hangt de effectiviteit van de bescherming sterk af van de PCB-layout zelf. De volgende richtlijnen helpen bij het waarborgen van een optimale prestatie van de TVS-diode:
Plaatsing: TVS-diodes moeten worden geplaatst in de buurt van blootliggende geleiders die mogelijk blootgesteld kunnen worden aan ESD-gebeurtenissen, zoals connectoren of open signaallijnen. Het minimaliseren van de spoornafstand tussen de TVS-diode en de blootliggende geleiders vermindert parazitaire inductantie en verbetert de responstijd.
Aarding: TVS-dioden moeten idealiter worden verbonden met een aardingsvlak dat gescheiden is van de aarde van de te beschermen component. Indien dit niet mogelijk is, moet dan verbinding worden gemaakt met de chassisaarde via aders naar metalen elementen zoals schroeven of bevestigingsgaten. Een aarding met lage impedantie is essentieel voor de snelle afvoer van transiënte energie.
Passieve afscherming elimineren: Sommige componenten, zoals afgeschermde connectoren, zijn ontworpen om ESD en ruisinterferentie te voorkomen. Deze moeten in combinatie met TVS-dioden worden gebruikt om volledige bescherming te garanderen. De afscherming van een connector moet direct worden geaard op het chassis of aardingsvlak om een pad met lage impedantie voor de transiënte stroom te behouden.
Door deze richtlijnen op te volgen, kunnen TVS-dioden optimaal worden gebruikt voor efficiënte spanningspieken- en ESD-bescherming in printplaatontwerpen.
TVS-diodebescherming | PCB-layout tips | ESD-schokbescherming | transiënte spanningsbescherming | TVS-diode toepassing | bescherming van elektronische componenten | plaatsing van TVS-diodes | ontwerp van schokbescherming | PCB-componentbescherming | doorlaatspanning van TVS-diode
EN
