Aprenda como funcionam os diodos TVS, sua importância na proteção de componentes eletrônicos sensíveis contra pulsos ESD, e como selecioná-los e otimizá-los para layouts PCB. Explore fatores importantes, como tensão de ruptura, tensão de clamp e posicionamento ideal para uma proteção eficaz.
Para engenheiros, a proteção contra surtos não se limita a selecionar a placa de energia correta ou desconectar cabos. Envolve a colocação de componentes de proteção transitória dentro do layout do PCB e a aplicação de estratégias claras de aterramento. Diodos TVS são componentes comuns utilizados para proteger partes de um PCB, especialmente em linhas de dados. Ao receber um pulso de ESD, eles redirecionam a corrente para longe dos componentes protegidos. Garantir que o layout do PCB otimize a proteção transitória é crucial para prevenir danos e manter o funcionamento adequado do dispositivo.
Um diodo TVS é principalmente utilizado para proteger equipamentos contra eventos transitórios, particularmente picos relacionados à ESD. Diodos TVS são frequentemente confundidos com Zener ou Diodos Schottky , mas são distintos. Composto por um semicondutor de junção pn, um diodo TVS conduz durante picos de tensão transitórios. Em condições normais, ele permanece com alta impedância, apresentando uma corrente de fuga mínima. Quando a tensão transitória excede o limiar de ruptura, ocorre a ruptura por avalanche, permitindo que a corrente passe através do diodo, redirecionando assim a corrente excessiva para longe dos componentes sensíveis.
Diodos TVS reagem extremamente rápido, frequentemente na faixa de picossegundos, tornando-os altamente eficazes no tratamento de pulsos ESD rápidos com tempos de subida curtos.
Todos os diodos TVS funcionam de maneira semelhante: quando ocorre uma tensão transitória, ela rapidamente excede a tensão de ruptura reversa do diodo, fazendo com que ele conduza. No entanto, nem todos os diodos TVS são iguais, e escolher a proteção errada pode resultar em proteção ineficaz contra transitórios. Ao selecionar um diodo TVS, considere os seguintes parâmetros principais:
Tensão de Ruptura Reversa (VB): A tensão na qual o diodo TVS começa a conduzir.
Tensão de Limitação (VC): A tensão na qual o diodo TVS conduz significativamente e limita o transitório. Uma tensão de limitação mais baixa oferece melhor proteção.
Tensão Reversa de Trabalho (VWM): A tensão máxima de polarização reversa sob a qual o diodo TVS permanece não condutivo, apresentando alta impedância e corrente de fuga mínima.
Potência de Pico por Pulso (PPP): A quantidade de potência que o diodo TVS pode dissipar com segurança durante um evento transitório.
O princípio por trás do funcionamento dos diodos TVS é simples: quando o circuito recebe um pulso de descarga eletrostática (ESD), ele excede rapidamente a tensão de ruptura reversa do diodo. Condutores expostos, como aqueles conectados a conectores externos, são propensos a Esd pulsos. Se esses condutores transportam sinais para componentes, o pulso ESD pode transferir uma tensão/corrente elevada para o componente, possivelmente danificando-o.
Na presença de um diodo TVS, o pulso é desviado através do diodo, que fornece um caminho de baixa impedância para o terra. Normalmente, o ânodo é conectado ao terra, permitindo que o pulso ESD seja descarregado para o plano de terra, desde que um caminho de baixa impedância esteja disponível.
Os diodos TVS estão disponíveis em dois tipos: bidirecional e unidirecional, que servem a diferentes finalidades:
Diodos TVS bidirecionais são utilizados quando o circuito conduz sinais positivos e negativos, como em pares diferenciais ou circuitos analógicos oscilantes bidirecionais. Esses diodos oferecem proteção abrangente contra descargas eletrostáticas (ESD), incluindo durante falhas de aterramento.
Diodos TVS unidirecionais fornecem proteção quando apenas uma polaridade está envolvida. Embora esses diodos ofereçam proteção para circuitos típicos, falhas de aterramento podem expor os componentes a alguma tensão.
Além de selecionar o diodo TVS adequado, a eficácia da proteção depende em grande parte do próprio layout da placa de circuito (PCB). As seguintes diretrizes ajudam a garantir um desempenho ótimo dos diodos TVS:
Posicionamento: Os diodos TVS devem ser posicionados próximos a condutores expostos que possam ser submetidos a eventos de ESD, como conectores ou linhas de sinal abertas. Minimizar o comprimento das trilhas entre o diodo TVS e os condutores expostos reduz a indutância parasita e melhora o tempo de resposta.
Aterramento: Idealmente, os diodos TVS devem ser conectados a um plano de terra separado do terra do componente protegido. Se isso não for possível, conecte ao terra do chassi utilizando trilhas metálicas como parafusos ou furos de fixação. Um terra de baixa impedância é essencial para dissipação rápida da energia transitória.
Eliminação do Blindagem Passiva: Alguns componentes, como conectores blindados, são projetados para evitar interferência de ESD e ruído. Estes devem ser utilizados em conjunto com diodos TVS para garantir proteção completa. O blindagem de um conector deve ser aterrada diretamente ao chassi ou ao plano de terra para manter um caminho de baixa impedância para a corrente transitória.
Seguindo essas diretrizes, os diodos TVS podem ser utilizados de forma otimizada para proteção eficiente contra surtos e descargas eletrostáticas em projetos de circuitos.
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