Надежная защита от перенапряжения в электронике высокой плотности

Реле напряжения ZUBR D32t, обзор, настройка, тестирование (June 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Обычно требуется многоступенчатый / многопрофильный подход к защите

Меньшая и более высокая плотность электроники является постоянной тенденцией. Тем не менее, эти все более интегрированные и сложные проекты теперь гораздо более чувствительны и уязвимы для повреждения и простоев от временных угроз, таких как молния и другие высоковольтные скачки. При разнообразном характере проектирования телекоммуникаций, промышленного и медицинского оборудования решение для защиты от перенапряжений для одного устройства редко бывает возможным. Для использования преимуществ и слабых сторон каждой технологии требуется многоступенчатый / многопрофильный подход к защите.

Сравнение защиты от перенапряжения

Устройства перенапряжения перенаправляют энергию быстрого перенапряжения, такую ​​как молния, в то время как большинство устройств сверхтока увеличивают сопротивление, чтобы ограничить импульсный ток, протекающий от более длительных импульсных токов. Существует два типа ограничителей напряжения: коммутационные устройства, такие как GDT, которые ломают линию и зажимные устройства, такие как MOV и TVS (см. Таблицу). GDT приобрели популярность из-за их чрезвычайно низкой емкости и низких характеристик утечки, а также их высокой возможности работы с перенапряжением.

ТехнологииТип перенапряженияProsCons
Газоразрядная трубка (GDT)

Ломы

Высокоточная токовая обработка

Очень низкая утечка

Очень низкий

Более медленное время отклика (мкс)

Размер-Упаковка

Плохая способность защищать до низкого уровня напряжения

Металлооксидный варистор

зажим

Высокоточная токовая обработка

Время быстрого ответа (нс)

Более высокая утечка с течением времени

Высокая емкость

Размер и упаковка высокоточных устройств

Подавитель переходного напряжения (TVS)

зажим

Высокопроизводительная обработка

Время быстрого ответа (нс)

Обработка среднего токового тока

Возможность защиты до низких уровней

Более высокая емкость

Текущая обработка с большим размером

Обычно он помещается в цепь для ограничения напряжения и перенаправляет импульсный ток на землю (общий режим) или в источник (дифференциальный режим), GDT имеет очень высокий импеданс (> 1 ГΩ), поэтому он практически невидим для схемы во время нормальной операция. Когда возмущение напряжения превышает значение перегрева GDT, оно переключится на виртуальное короткое замыкание, известное как режим дуги, отвлекая импульсный ток и защищая оборудование. Обычно GDT имеют довольно медленное время отклика из-за времени, необходимого для ионизации газа внутри GDT. Обычные устройства GDT обеспечивают надежную защиту от перенапряжения, но они делают это за счет ценной площади печатной платы.

Эффективная защита с использованием трехступенчатого решения

Дизайнеры могут использовать усовершенствованное трехступенчатое решение защиты для конструкций с высокой плотностью. Для этого используются диоды TVS для вторичной защиты, высокоскоростные защитные устройства (HSP) для координации и GDT для первичной защиты и оптимальны для приложений, находящихся в открытых переходных средах. Он предлагает скоординированный ответ для обеспечения высокого уровня защиты различных телекоммуникационных или промышленных интерфейсов, которые намного превосходят возможности обработки одноэтапного компонента.

Только диод TVS эффективен для переходных процессов низкого уровня. Он будет размещать переходные сигналы до своего максимального импульсного тока, но не может справиться с этим выше. Поскольку напряжение переходного процесса на входе, к которому подвергается диод TVS, увеличивается, также имеет значение превышение ограничения тока. Использование последовательного сопротивления для защиты ТВС может привести к чрезмерному падению напряжения и, в случае связи, может значительно уменьшить расстояние в петле.

Рис. 1: Максимизация защиты от переходного процесса HV требует трехступенчатой ​​конструкции.

HSP построены с использованием полупроводниковой технологии MOSFET. При размещении последовательно между GDT и TVS, HSP контролирует ток, текущий по линии. Если ток превышает заданный уровень, устройство запускает и обеспечивает барьер для высоких напряжений и токов. Доступны триггерные токи от 150 до 500 мА, а пиковое напряжение импульсного напряжения составляет от 650 до 850 В. Устройства HSP от Bourns называются сериями TBU-DT. Они являются сбрасываемым устройством, которое работает примерно в 1 мкс. Нормальное последовательное сопротивление составляет от 5 до 10 Ом. При работе устройство обычно ограничивает линейный ток менее 1 мА.

При воздействии быстро растущего переходного события более быстрый диод TVS начнет сначала зажимать и проводить ток через HSP. Как только превышен текущий порог HSP, он работает, чтобы защитить диоды TVS и компоненты ниже по течению. Он также позволяет GDT запускать и брать основную часть тока, генерируемого событием перенапряжения. Результатом является чрезвычайно быстрая защита, которая устраняет недостатки отдельных технологий защиты.

Инженеры-конструкторы могут использовать это решение для увеличения уровней защиты от перенапряжений и переходных процессов - HSP ограничивает пусковую энергию, диод TVS поддерживает сигнал в максимальных пределах, а первичный GDT защищает устройство HSP от воздействия чрезмерного переходного напряжения.

Рисунок 2: Низкопрофильные GTD-устройства Bourns FLAT.

Прочная защита конструкций с ограниченным пространством

Поскольку оборудование сокращает ограничения на количество ПХД. Обычно GDT поставляется в цилиндрических корпусах диаметром 8 мм. Недавно появился новый дизайн для первичной защиты GDT с плоским дисковым пакетом. Bourns FLAT GDT обеспечивают 75% экономию объема по сравнению со стандартными 8-миллиметровыми устройствами и поставляются в горизонтальном или вертикальном исполнении (рис.2). Двухэлектродные устройства выпускаются в пяти вариантах с искровым зажиганием от 90 до 420 В постоянного тока и рассчитаны на 10 000 единиц на 8/20 мкс для более чем десяти операций.

По: JOHAN SCLIEMANN-JENSEN, инженер по разработке продуктов, Bourns, www.bourns.com