Како ТВС диоде раде: ултрабрза запљачкање путем лавинске деградације

Физика лавинског распада која омогућава наносекундни одговор на транзијенте

ТВС диоде штите електронска кола од оштећења за само деловине секунде захваљујући њиховој паметној употреби контролисаног лавинског распада силицијума који је био обрнуто пристрасан. Када се на диоди деси изненадни пораст напона који је већи од онога што она може да поднесе (познат као ВБР), на атомском нивоу се дешава нешто занимљиво. Ударни јонизација покреће ланцуг реакције где се електрони и рупе брзо множе, стварајући проводни пут који у основи скраћује вишак енергије у тренутку. Рецимо о времену одговора испод једне наносекунде, због чега ове компоненте тако добро раде против тих досадних електростатичких пуцања који се превише брзо повећавају за друга раствора. Точност ових метода у великој мери зависи од тога како произвођач допира полупроводнички материјал током производње. Ова пажљива подешавања омогућавају инжењерима да добију ВБР вредности у прилично уским опсеговима, обично око плус или минус 5% до 10%. Шта диоде ТВС-а чини изузетним у поређењу са алтернативама као што су МОВ-ови или гасне пуњење цеви? Они не зависе од топлоте или кретајућих делова. Уместо тога, они користе квантне феномене који се дешавају унутар материјала у чврстом стању, дајући им стабилне перформансе чак и када температуре флуктују или након година рада.

Повођење за заплене у реалном времену током ЕСД и прилива

Када се активирају, ТВС диоде ограничавају изненадне шире напона на оно што се зове напон за запртљавање (ВЦ), обично око 20 до 30 посто већи од напона за прекид (ВБР). Узмите ИЕЦ 61000-4-2 ЕСД догађаје на пример те брзо растуће напоне са 5 наносекунди времена пораста. Диода почиње да се запљушћава скоро одмах, у току прве наносекунде, тако да спречава опасне врхове напона да стигну до осетљивих интегралних кола дотогава. За дуже трајне приливе снаге као што су таласни облици 8/20 микросекунди који су дефинисани у стандардима ИЕЦ 61000-4-5, ове диоде управљају масивним струјским токовима измењеним у хиљадама ампера (ИПП) и безбедно их одвијају на земљу док држе ВЦ испод нивоа који Постоје две главне врсте. Двонаправни модели су одлични за АЦ везе где поларитет није важан, док једнонаправне верзије дају бољи перформансе у ЦЦ системима јер имају нижи напредак када се запљуштају. Оно што чини ТВС диоде заиста корисним је њихова саморесетирачка природа. Након што прође било који врх напона, они се сами враћају у своје нормално стање високог отпора, без потребе за било каквим ручним ресетовањем или справљањем са проблемима са затварањем који могу да угрозе друге заштитне уређаје.

Кључни параметри диода ТВС-а које сваки инжењер мора да разуме

VRWM, VBR, VC и IPP преводи спецификације листа података у чврсте маржине заштите

Четири параметра регулишу ефикасан избор ТВС-а и поузданост на нивоу система:

• V _RWM (Обратни напон за стандап) мора прећи максимални радни напон колаидеално за 1015%да би се избегло цурење или лажно покретање током нормалног рада.
• V _Бр (напон пробоја) дефинише почетак провођења лавине; за оптималну маржу би требало да буде 1,21,5×В _RWM .
• V _Ц (Пречпљење напона) је максимални напон који се види на компонентама доле током одређеног I _ПП ; мора сигурно да остане испод минималног прага оштећења заштићених ИЦ-а.
• Ја сам _ПП (Пик импулсна струја) квантификује капацитет руковања напливом под стандардизованим таласним облицима (нпр. 8/20 мцс); веће вредности указују на већу способност апсорпције енергије.

Инжењери би требали применити 20% дератинг на _ПП за сваких 50°C повећања изнад 25°C околине и проверите V _Бр толеранција на температуре како би се осигурале конзистентне маржине заштите.

Разматрања капацитета за брзи интерфејсе (УСБ, ХДМИ, Етернет)

Капацитанца зглобова (Ц) _J ) директно утиче на интегритет сигнала на брзим линијама података. Чак и мале количине додатног капацитета ослабљавају садржај високе фреквенције и искривљују брзине ивице, што потенцијално узрокује грешке бита или неуспехе везе. Циљне вредности су строге:

• УСБ 3.2 ген 2 (10 Гбит/с): ≤1,0 пФ
• ХДМИ 2.1 (48 ГБтс): ≤0,3 пФ
• 10ГбЕ Етернет: ≤0,8 пФ

Двонаправне ТВС диоде природно имају већи капацитанс у поређењу са њиховим једнонаправним колегама јер имају овај дизајн двоструког зглоба. Када покушавате да смањите те досадне паразитске ефекте, има смисла да се компоненте ТВС са ниским капацитетом не постављају више од пола инча од конектора или интегралних кола. Такође је важно осигурати да трагови буду широки и прави, најмање 20 милиметара шири, добро ради за већину апликација. Такође је важно правилно повезати заземљени модул. Вежите га директно на добру чврсту референтну равницу користећи неколико виаса уместо само једног. Ово помаже у смањењу индуктивне импеданце која заправо може погоршати проблеме превазиласка напона ако се не контролише.

У складу са ТВС диодом и перформансе у стандардизованим сценаријама претње

Усклађивање на ниво на који се може користити

ТВС диоде су направљене да се носе са тешким захтевима за имунитет и обично иду даље од потребних. Када је реч о стандардима ИЕЦ 61000-4-2, ове компоненте могу да се брину о интензивним 30кВ контактним пустовима ЕСД импулса врло брзо, заустављајући их пре него што оштете осетљиве микроконтролере или интерфејс ЦЦ-е или одмах или током времена. Они такође добро раде са поновљеним ЕФТ пуцањима (као што је IEC 61000-4-4 на фреквенцијама од 5 кХЗ до 100 кХЗ). Брзо време опоравка у комбинацији са ниским динамичким отпорством значи да ове диоде могу одбацити те мулти-ампер прелазне пикове са линије података без мешања у комуникације. Током испитивања високог енергетског преливања у складу са ИЕЦ 61000-4-5 спецификацијама, правилно сертификовани ТВС диоди могу да се ударе до 6кВ / 3кА између линије и земаљских веза, а истовремено одржавају своју перформансу стабилном без било каквих великих неуспјеха. Независно тестирање показује да добро раде на прилично екстремним температурама (-40 °C све до +125 °C), испуњавајући стандарде имунитета класе 4. Инжењери воле како ови делови уједињују заштиту у једну поуздану компоненту уместо да им требају више слојева филтера и других уређаја за запљачкање. Ово поједностављање смањује потребне делове за рачунање материјала, олакшава сертификацију и генерално доводи до боље поузданости када се производи заправо распоређују на терену.

Практична TVS Диода Избор и ПЦБ Лаиауг Најбољи практики

Двосмерне или једносмерне ТВС диоде: одговарајући поларитет, заземљавање и покривање грешака

Приликом одлучивања између двонасочних и једнонасочних ТВС диода, инжењери морају узети у обзир како се сигнали рутирају кроз систем и какве би се грешке могле појавити. Двосмерне опције раде као да имају две лавинске диоде, које су редом, што их чини неопходним за оне АЦ повезане или плутајуће везе које видимо у стварима попут РС-485, ХДМИ и Етернет где могу доћи шипови напона из било ког правца. Једнонасочне верзије заправо боље функционишу у зачепљивању напона у круговима СД јер ефикасније проводе електричну струју када се баве позитивним транзијентима, плус блокирају ток приликом негативног шипа. Међутим, много је важно да ово погрешно схватимо. Постављање једносмерне диоде на двосмерну комуникациону линију оставља празнине у заштити од негативних превирања који би могли оштетити осетљиве компоненте доњег тока. Земља веза је једнако важна овде. Најбоља пракса укључује пролазак кратких, широких трагова бакра од ТВС катоде (или заједничке тачке у двонасочним моделима) директно на чврсту површину са неколико топлотних путева за стабилност. Лоше заземљавање ствара ове досадне проблеме са одбијањем од земље који једу на ефикасност заштите од пренапрегавања, понекад је смањујући за скоро пола према различитим индустријским тестовима о пролазном понашању.

Оптимално постављање: минимизација индуктивности трагова и максимизација ефикасности заштите

Начин на који је ПЦБ постављен заправо је важан за ТВС перформансе више него само гледање на спецификације компоненти. Диода не сме бити даље од око пола центиметра од конектора или заштићене ИЦ пин. Сваки додатни сантиметар уводи око 10 наноенрија серијске индуктивности, што може одложити акцију зачепљивања и омогућити опасне шипове напона током ЕСД догађаја. Када се рутирају траке, идите на праве линије и држите их широким (најмање 20 милиметара) док избегавате оне прави угао завијања која стварају проблеме са импеданцом. За интерфејсе високе брзине, ТВС треба поставити што је могуће ближе самом конектору. Прикључите наземну плочицу директно на референтну равницу користећи три или више равномерно распоређених вија. Ово ствара добар повратни пут ниске индуктивности који шаље преко 90 посто струје удаљавања од деликатних кола. Тестирања у стварном свету у складу са ИЕЦ 61000-4-2 стандардима показала су да ове технике распореда смањују времена прелазне изложености за око пола у поређењу са старијим методама са ланчаним основама или тим досадним дугим спојцима.