Dowiedz się, jak działają diody TVS, jakie mają znaczenie w ochronie wrażliwych komponentów elektronicznych przed impulsami ESD oraz jak je dobierać i optymalizować dla układów PCB. Poznaj kluczowe czynniki, takie jak napięcie przebicia, napięcie przyłączone i optymalne rozmieszczenie dla zwiększonej ochrony.
Dla inżynierów ochrona przed przepięciami to nie tylko dobór odpowiedniej płytki zasilającej czy odłączanie kabli. Wymaga ona umieszczenia komponentów ochrony impulsowej w układzie PCB oraz zastosowania skutecznych strategii uziemienia. Diody TVS są powszechnie stosowanymi elementami służącymi do ochrony części płytek PCB, szczególnie w liniach danych. Po odebraniu impulsu ESD kierują one prąd w inne miejsce, z dala od chronionych elementów. Kluczowe znaczenie ma zapewnienie takiego układu płytki PCB, który optymalizuje ochronę przed stanami przejściowymi, aby zapobiec uszkodzeniom i zapewnić prawidłowe działanie urządzenia.
Dioda TVS jest głównie stosowana w celu ochrony urządzeń przed zdarzeniami przejściowymi, szczególnie skokami napięcia związanymi z ESD. Dioda TVS jest często mylona z Zenera lub Diody Schottky'ego , jednak różnią się od siebie. Składająca się z półprzewodnika złączowego dioda TVS przewodzi prąd podczas szczytowych napięć przejściowych. W warunkach normalnych pozostaje ona w stanie wysokiej impedancji z minimalnym prądem upływu. Gdy napięcie przejściowe przekroczy próg przebicia, zachodzi zjawisko przebicia lawinowego, umożliwiając przepływ prądu przez diodę, co skutkuje przekierowaniem nadmiernego prądu z dala od wrażliwych elementów.
Dioda TVS reaguje ekstremalnie szybko, często w zakresie pikosekund, co czyni ją bardzo skuteczną w radzeniu sobie z szybkimi impulsami ESD o stromych czasach narastania.
Wszystkie diody TVS działają podobnie: gdy wystąpi przepięcie, napięcie szybko przekracza napięcie przebicia diody w kierunku zaporowym, powodując jej przewodzenie. Jednak nie wszystkie diody TVS są jednakowe, a wybór niewłaściwej ochrony może skutkować nieskuteczną ochroną przed przepięciami. Dobierając diodę TVS, należy wziąć pod uwagę następujące kluczowe parametry:
Napięcie przebicia w kierunku zaporowym (VB): Napięcie, przy którym dioda TVS zaczyna przewodzić.
Napięcie przytrzymywania (VC): Napięcie, przy którym dioda TVS istotnie przewodzi i ogranicza przepięcie. Im niższe napięcie przytrzymywania, tym lepsza ochrona.
Maksymalne napięcie robocze w kierunku zaporowym (VWM): Maksymalne napięcie polaryzacji zaporowej, przy którym dioda TVS pozostaje w stanie nieprzewodzenia, charakteryzując się wysoką impedancją i minimalnym prądem upływu.
Maksymalna Moc Impulsowa (PPP): Ilość energii, jaką można bezpiecznie rozproszyć w czasie zdarzenia przejściowego przez diodę TVS.
Zasada działania diody TVS jest prosta: gdy obwód otrzymuje impuls elektrostatyczny (ESD), natychmiast przekracza on napięcie przebicia diody w kierunku zaporowym. Przewodniki narażone, takie jak te podłączone do zewnętrznych złącz, są narażone na Zespół impulsy. Jeśli przewodniki te przesyłają sygnały do komponentów, impuls ESD może przenieść wysokie napięcie/prąd na komponent, co może go uszkodzić.
W obecności diody TVS impuls jest odprowadzany przez diodę, która zapewnia ścieżkę o niskim impedancji do masy. Zwykle anoda jest uziemiona, umożliwiając rozładowanie impulsu ESD do płaszczyzny masy, pod warunkiem, że dostępna jest ścieżka uziemienia o niskim impendancji.
Dostępne są dwa typy diod TVS: dwukierunkowe i jednokierunkowe, spełniające różne funkcje:
Dwukierunkowe diody TVS są stosowane w obwodach przesyłających zarówno sygnały dodatnie, jak i ujemne, takich jak pary różnicowe lub analogowe obwody oscylacyjne o dwukierunkowym działaniu. Diody te zapewniają kompleksową ochronę przed wyładowaniami elektrostatycznymi (ESD), w tym również podczas zwarć doziemnych.
Jednokierunkowe diody TVS zapewniają ochronę w przypadku obwodów o pojedynczej polaryzacji. Mimo że diody te chronią typowe obwody, podczas zwarć doziemnych elementy mogą być narażone na pewne napięcie.
Oprócz doboru odpowiedniej diody TVS, skuteczność ochrony w dużej mierze zależy od samego układu płytki PCB. Poniższe wytyczne pomagają zagwarantować optymalną pracę diod TVS:
Umiejscowienie: Diody TVS należy umieszczać w pobliżu przewodników narażonych na wyładowania elektrostatyczne (ESD), takich jak złącza lub otwarte linie sygnałowe. Minimalizacja długości ścieżki między diodą TVS a narażonymi przewodnikami zmniejsza indukcyjność pasożytniczą i skraca czas reakcji.
Uziemienie: Diod TVS należy idealnie podłączyć do płaszczyzny uziemienia oddzielnej od uziemienia chronionego komponentu. Jeśli nie jest to możliwe, podłącz je do uziemienia obudowy za pomocą ścieżek do elementów metalowych, takich jak śruby lub otwory montażowe. Niskaimpedancyjne uziemienie jest niezbędne do szybkiego rozpraszania energii przejściowej.
Eliminowanie ekranowania pasywnego: Niektóre komponenty, takie jak ekranowane złącza, są zaprojektowane w celu zapobiegania zakłóceniom ESD i hałasu. Należy je stosować w połączeniu z diodami TVS, aby zapewnić pełną ochronę. Ekran złącza powinien być bezpośrednio uziemiony do obudowy lub płaszczyzny uziemienia, aby zapewnić niską impedancję dla prądu przejściowego.
Stosując się do tych wytycznych, diody TVS można optymalnie wykorzystać do skutecznej ochrony przed przepięciami i wyładowaniami elektrostatycznymi w projektach obwodów.
Ochrona diodą TVS | Wskazówki dotyczące układu PCB | Ochrona przed wyładowaniami elektrostatycznymi (ESD) | Ochrona przed przepięciami | Zastosowanie diody TVS | Ochrona elementów elektronicznych | Montaż diody TVS | Projekt ochrony przed przepięciami | Ochrona elementów na płytce PCB | Napięcie przebicia diody TVS
EN
