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Qual è la funzione dei diodi TVS?
2022-11-18
989
Il tubo TVS è un dispositivo di protezione ad alta efficienza. Quando le due estremità sono soggette a un impatto istantaneo ad alta energia, il tubo TVS può convertire istantaneamente le sue caratteristiche di alta resistenza in caratteristiche di bassa resistenza, assorbire grandi correnti e bloccare la tensione su entrambe le estremità del tubo TVS. Ad un certo valore (il valore della tensione di tenuta del tubo TVS), il circuito posteriore è protetto dall'impatto di energia transitoria elevata e la sicurezza del circuito è protetta. Come mostrato di seguito. Per dirla semplicemente, se l'impatto di tensione che il circuito può sopportare non è superiore a 24 V CC, saldare un tubo TVS da 26 V all'alimentatore. Quando la tensione di alimentazione non supera i 26 V, il tubo TVS è in uno stato ad alta impedenza; Dopo un impulso superiore a 26 V, il tubo TVS può rapidamente bloccare la tensione del circuito a 24 V, garantendo così la sicurezza del circuito.
Il ruolo dei diodi TVS
In generale, le funzioni dei diodi TVS sono:
(1) L'aggiunta di diodi TVS alle linee di segnale e di alimentazione può impedire il malfunzionamento dei microprocessori o dei microcomputer a chip singolo dovuto a sovratensioni istantanee, come gli effetti delle scariche elettrostatiche, le sovratensioni di corrente alternata e il rumore dell'alimentatore switching.
(2) L'effetto di scarica elettrostatica può rilasciare impulsi di oltre 10000 V e 60 A e può durare per 10 ms; mentre i dispositivi TTL generici, quando incontrano impulsi di 10 V di durata superiore a 30 ms, possono danneggiarsi. L'uso di diodi TVS può assorbire efficacemente gli impulsi che danneggerebbero i dispositivi ed eliminare le interferenze (crosstalk) causate dalla commutazione tra i bus.
(3) Posizionando il diodo TVS tra la linea del segnale e la terra è possibile evitare che il bus dati e di controllo venga influenzato da rumore non necessario.
Come funzionano i diodi TVS
Il soppressore di tensione transitoria (TransientVoltageSuppressor) è denominato tubo TVS. Le caratteristiche elettriche del tubo TVS sono determinate dall'area della giunzione PN, dalla concentrazione di drogaggio e dalla resistenza del wafer. La sua capacità di resistere a sovracorrenti è proporzionale all'area della giunzione PN. Il tubo TVS è ampiamente utilizzato nella protezione di semiconduttori e dispositivi sensibili, solitamente per la protezione di circuiti di alimentazione e di segnale secondari, e per l'antistaticità. È caratterizzato da una risposta rapida (livello ps), dimensioni ridotte, elevata potenza di impulso e bassa tensione di clamping. La sua potenza di impulso a onda 10/1000 μs varia da 400 W a 30 kW e la corrente di picco dell'impulso varia da 0.52 A a 544 A; la tensione di breakdown ha una serie di valori da 6.8 V a 550 V, il che lo rende adatto all'uso in circuiti con tensioni diverse.
Il dispositivo è collegato in parallelo nel circuito. Quando il circuito funziona normalmente, è nello stato di interruzione (stato ad alta resistenza), che non influisce sul normale funzionamento del circuito. Quando il circuito presenta una sovratensione anomala e raggiunge la tensione di rottura, passa rapidamente da uno stato ad alta resistenza a uno stato ad alta resistenza. Lo stato di bassa impedenza fornisce un percorso di conduzione a bassa impedenza per la corrente istantanea e allo stesso tempo blocca l'alta tensione anomala entro un livello sicuro, proteggendo così il circuito integrato o il circuito protetto; quando la sovratensione anomala scompare, ritorna allo stato ad alta impedenza e il circuito funziona normalmente.
Caratteristiche del diodo TVS
Curva caratteristica del diodo TVS
Principali parametri caratteristici
①Tensione di stato inverso (tensione di interruzione) VRWM e corrente di dispersione inversa IR: la tensione di stato inverso (tensione di interruzione) VRWM indica la tensione più alta alla quale il tubo TVS non conduce e sotto questa tensione IR si verifica solo una piccola corrente di dispersione inversa.
②Tensione di rottura VBR: la tensione quando il tubo TVS supera la corrente di prova specificata IT, che è la tensione di segno che indica che il tubo TVS è acceso (i numeri nei modelli delle serie P4SMA, P6SMB, 1.5SMC, P4KE, P6KE e 1.5KE rappresentano il valore nominale della tensione di rottura, le altre serie di cifre rappresentano il valore della tensione inversa in stato di spegnimento).
La tensione di rottura del tubo TVS ha un intervallo di errore di ±5% (quello senza "A" è ±10%).
10. Corrente di picco dell'impulso IPP: la corrente di picco massima dell'onda 1000/8μs che il tubo TVS consente di passare (la corrente di picco dell'onda 20/5μs è circa XNUMX volte superiore); superare questo valore di corrente può causare danni permanenti. Nella stessa serie, maggiore è la tensione di rottura del tubo, minore è la corrente di picco consentita.
④Tensione di serraggio massima VC: la tensione presentata a entrambe le estremità del tubo TVS quando scorre la corrente di picco dell'impulso IPP.
⑤ Potenza di picco dell'impulso Pm: La potenza di picco dell'impulso Pm si riferisce al prodotto della corrente di picco dell'impulso IPP dell'onda 10/1000μs e della tensione di bloccaggio massima VC, ovvero Pm=IPP*VC.
Applicazioni del diodo TVS
500. Selezione della corrente di picco impulsiva IPP e della tensione di clamping massima VC: quando si utilizza il tubo TVS da solo, è necessario selezionare il modello appropriato di IPP in base alla massima corrente di picco che può presentarsi sulla linea. Quando il tubo TVS viene utilizzato come secondo livello di protezione, generalmente 600 W ~ XNUMX W sono sufficienti. È importante notare che la tensione di clamping massima VC in questo momento non deve essere superiore alla massima tensione di picco (tensione di sicurezza) che l'apparecchiatura protetta può sopportare.
10. Quando utilizzato per la protezione del circuito di trasmissione del segnale, è necessario prestare attenzione alla frequenza o alla velocità di trasmissione del segnale trasmesso. Quando la frequenza del segnale (velocità di trasmissione) è ≥ 60 MHz (Mb/s), Cj dovrebbe essere ≤ 100 pF; quando la frequenza del segnale (velocità di trasmissione) è ≥ 20 MHz (Mb/s), Cj dovrebbe essere ≤ 20 pF. Quando la frequenza del segnale o la velocità di trasmissione sono elevate, è necessario selezionare tubi in serie a bassa capacità. Se la serie a bassa capacità non riesce ancora a soddisfare i requisiti, il tubo TVS deve essere collegato al ponte composto da diodi a recupero rapido per ridurre la capacità equivalente totale e aumentare la frequenza del segnale di trasmissione. Per il circuito mostrato nella figura seguente, la frequenza di trasmissione massima può superare i XNUMX MHz.
TVS1 protegge l'intero circuito, compreso il trasformatore.
TVS2 fornisce un elevato grado di protezione per il circuito successivo (l'intero circuito, escluso il trasformatore). Data la natura fisica del trasformatore, che consiste in una grande resistenza in serie, le probabilità di interruzione del circuito in caso di sovratensione sono ridotte.
Il TVS3 fornisce una protezione completa per il carico. In questo caso, vengono utilizzati diodi TVS unipolari più economici. Se nel circuito si utilizza solo il TVS3, poiché il ponte non è protetto dal TVS, è opportuno utilizzare un dispositivo con un rapporto tensione-corrente più elevato per prevenire danni.
Il ruolo dei diodi TVS
In generale, le funzioni dei diodi TVS sono:
(1) L'aggiunta di diodi TVS alle linee di segnale e di alimentazione può impedire il malfunzionamento dei microprocessori o dei microcomputer a chip singolo dovuto a sovratensioni istantanee, come gli effetti delle scariche elettrostatiche, le sovratensioni di corrente alternata e il rumore dell'alimentatore switching.
(2) L'effetto di scarica elettrostatica può rilasciare impulsi di oltre 10000 V e 60 A e può durare per 10 ms; mentre i dispositivi TTL generici, quando incontrano impulsi di 10 V di durata superiore a 30 ms, possono danneggiarsi. L'uso di diodi TVS può assorbire efficacemente gli impulsi che danneggerebbero i dispositivi ed eliminare le interferenze (crosstalk) causate dalla commutazione tra i bus.
(3) Posizionando il diodo TVS tra la linea del segnale e la terra è possibile evitare che il bus dati e di controllo venga influenzato da rumore non necessario.
Come funzionano i diodi TVS
Il soppressore di tensione transitoria (TransientVoltageSuppressor) è denominato tubo TVS. Le caratteristiche elettriche del tubo TVS sono determinate dall'area della giunzione PN, dalla concentrazione di drogaggio e dalla resistenza del wafer. La sua capacità di resistere a sovracorrenti è proporzionale all'area della giunzione PN. Il tubo TVS è ampiamente utilizzato nella protezione di semiconduttori e dispositivi sensibili, solitamente per la protezione di circuiti di alimentazione e di segnale secondari, e per l'antistaticità. È caratterizzato da una risposta rapida (livello ps), dimensioni ridotte, elevata potenza di impulso e bassa tensione di clamping. La sua potenza di impulso a onda 10/1000 μs varia da 400 W a 30 kW e la corrente di picco dell'impulso varia da 0.52 A a 544 A; la tensione di breakdown ha una serie di valori da 6.8 V a 550 V, il che lo rende adatto all'uso in circuiti con tensioni diverse.
Il dispositivo è collegato in parallelo nel circuito. Quando il circuito funziona normalmente, è nello stato di interruzione (stato ad alta resistenza), che non influisce sul normale funzionamento del circuito. Quando il circuito presenta una sovratensione anomala e raggiunge la tensione di rottura, passa rapidamente da uno stato ad alta resistenza a uno stato ad alta resistenza. Lo stato di bassa impedenza fornisce un percorso di conduzione a bassa impedenza per la corrente istantanea e allo stesso tempo blocca l'alta tensione anomala entro un livello sicuro, proteggendo così il circuito integrato o il circuito protetto; quando la sovratensione anomala scompare, ritorna allo stato ad alta impedenza e il circuito funziona normalmente.
Caratteristiche del diodo TVS
Curva caratteristica del diodo TVS
Principali parametri caratteristici
①Tensione di stato inverso (tensione di interruzione) VRWM e corrente di dispersione inversa IR: la tensione di stato inverso (tensione di interruzione) VRWM indica la tensione più alta alla quale il tubo TVS non conduce e sotto questa tensione IR si verifica solo una piccola corrente di dispersione inversa.
②Tensione di rottura VBR: la tensione quando il tubo TVS supera la corrente di prova specificata IT, che è la tensione di segno che indica che il tubo TVS è acceso (i numeri nei modelli delle serie P4SMA, P6SMB, 1.5SMC, P4KE, P6KE e 1.5KE rappresentano il valore nominale della tensione di rottura, le altre serie di cifre rappresentano il valore della tensione inversa in stato di spegnimento).
La tensione di rottura del tubo TVS ha un intervallo di errore di ±5% (quello senza "A" è ±10%).
10. Corrente di picco dell'impulso IPP: la corrente di picco massima dell'onda 1000/8μs che il tubo TVS consente di passare (la corrente di picco dell'onda 20/5μs è circa XNUMX volte superiore); superare questo valore di corrente può causare danni permanenti. Nella stessa serie, maggiore è la tensione di rottura del tubo, minore è la corrente di picco consentita.
④Tensione di serraggio massima VC: la tensione presentata a entrambe le estremità del tubo TVS quando scorre la corrente di picco dell'impulso IPP.
⑤ Potenza di picco dell'impulso Pm: La potenza di picco dell'impulso Pm si riferisce al prodotto della corrente di picco dell'impulso IPP dell'onda 10/1000μs e della tensione di bloccaggio massima VC, ovvero Pm=IPP*VC.
Applicazioni del diodo TVS
500. Selezione della corrente di picco impulsiva IPP e della tensione di clamping massima VC: quando si utilizza il tubo TVS da solo, è necessario selezionare il modello appropriato di IPP in base alla massima corrente di picco che può presentarsi sulla linea. Quando il tubo TVS viene utilizzato come secondo livello di protezione, generalmente 600 W ~ XNUMX W sono sufficienti. È importante notare che la tensione di clamping massima VC in questo momento non deve essere superiore alla massima tensione di picco (tensione di sicurezza) che l'apparecchiatura protetta può sopportare.
10. Quando utilizzato per la protezione del circuito di trasmissione del segnale, è necessario prestare attenzione alla frequenza o alla velocità di trasmissione del segnale trasmesso. Quando la frequenza del segnale (velocità di trasmissione) è ≥ 60 MHz (Mb/s), Cj dovrebbe essere ≤ 100 pF; quando la frequenza del segnale (velocità di trasmissione) è ≥ 20 MHz (Mb/s), Cj dovrebbe essere ≤ 20 pF. Quando la frequenza del segnale o la velocità di trasmissione sono elevate, è necessario selezionare tubi in serie a bassa capacità. Se la serie a bassa capacità non riesce ancora a soddisfare i requisiti, il tubo TVS deve essere collegato al ponte composto da diodi a recupero rapido per ridurre la capacità equivalente totale e aumentare la frequenza del segnale di trasmissione. Per il circuito mostrato nella figura seguente, la frequenza di trasmissione massima può superare i XNUMX MHz.
TVS1 protegge l'intero circuito, compreso il trasformatore.
TVS2 fornisce un elevato grado di protezione per il circuito successivo (l'intero circuito, escluso il trasformatore). Data la natura fisica del trasformatore, che consiste in una grande resistenza in serie, le probabilità di interruzione del circuito in caso di sovratensione sono ridotte.
Il TVS3 fornisce una protezione completa per il carico. In questo caso, vengono utilizzati diodi TVS unipolari più economici. Se nel circuito si utilizza solo il TVS3, poiché il ponte non è protetto dal TVS, è opportuno utilizzare un dispositivo con un rapporto tensione-corrente più elevato per prevenire danni.
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