Robust overspenningsbeskyttelse i høy tetthetselektronikk

NEVER HAVE I EVER w/ ROBUST! (Juli 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

En flertrinns / multi-teknologibeskyttelses tilnærming er vanligvis nødvendig

Mindre og høyere tetthetselektronikk er en kontinuerlig trend. Disse stadig mer integrerte og komplekse designene er imidlertid mye mer følsomme og sårbare for skade og nedetid fra forbigående trusler som lyn og andre høyspenningsspor. Med den varierte naturen innen telekommunikasjon, industri og medisinsk utstyr, er det en sjelden mulighet for en enkelt surge-beskyttelsesløsning. En flertrinns / multi-teknologibeskyttelses tilnærming er nødvendig for å dra nytte av hver enkelt teknologis styrker og svakheter.

Sammenligning av overspenningsbeskyttelse

Overspenningsinnretninger avleder hurtig overspenningsenergi, slik som lyn, mens de fleste overstrømsenheter øker i motstand for å begrense overspenningsstrømmen som strømmer fra lengre varighet av overspenningsstrømmer. Det finnes to typer spenningsbegrensende beskyttelseselementer: bytteanordninger som GDT som kaster opp linjen og klemmer som MOV og TVS (se tabell). GDTer har blitt populær på grunn av deres ekstremt lave kapasitans og lave lekkasjeegenskaper, sammen med deres høye bølgeegenskaper for håndtering.

TeknologiOverspenningstypeProsUlemper
Gassutladningstube (GDT)

Brekkjern

Høy overspenningsstrømhåndtering

Meget lav lekkasje

Veldig lav

Langsom svartid (μs)

Størrelse-Emballasje

Dårlig evne til å beskytte mot lavspenningsnivåer

Metal Oxid Varistor

Klemme

Høy overspenningsstrømhåndtering

Hurtig svartid (ns)

Høyere lekkasje over tid

Høy kapasitans

Størrelse og emballasje av høystrømsenheter

Transient Voltage Suppressor (TVS)

Klemme

High Surge Handling

Hurtig svartid (ns)

Medium Surge Nåværende håndtering

Kan beskytte til lave nivåer

Høyere kapasitans

Gjeldende håndtering med større størrelse

Typisk plassert i en krets for å begrense spenningen og for å overføre strømstyrke til jord (felles modus) eller til en kilde (differensialmodus), har en GDT meget høy impedans (> 1 GΩ), så det er nesten usynlig for kretsen under normal operasjon. Når en spenningsforstyrrelse overstiger GDTs sparkoververdi, vil den bytte til en virtuell kortslutning, kjent som lysbue-modus, avlede overspenningsstrømmen og beskytte utstyret. GDT har vanligvis en ganske langsom svartid som følge av tiden som trengs for å ionisere gass inne i GDT. Konvensjonelle GDT-enheter gir robust overspenningsbeskyttelse, men de gjør det på bekostning av verdifull PCB-plass.

Effektiv beskyttelse ved hjelp av en tretrinns løsning

Designere kan bruke en avansert tre-trinns beskyttelse løsning for høy tetthet design. Dette benytter TVS-dioder for sekundær beskyttelse, HSP-enheter (HSP) for koordinering, og GDTer for primær beskyttelse og er optimal for applikasjoner lokalisert i eksponerte forbigående miljøer. Det gir et samordnet svar for å gi et høyt beskyttelsesnivå for ulike telekom- eller industrigrensesnitt som langt overgår håndteringsevnen til en enkelt-trinns komponentløsning.

En TVS diode alene er effektiv for lavnivå transienter. Det vil leve forbigående signaler opp til toppimpulsstrømmen, men kan ikke håndtere over det. Ettersom den forbigående forbigående spenningen som TVS-dioden er utsatt for, øker det også for å overskride den nåværende begrensningen. Bruk av seriemotstand for å beskytte TVS kan føre til overdreven spenningsfall, og i tilfelle kommunikasjon kan det i stor grad redusere sløyfeavstanden.

Fig. 1: Maksimering av HV-transient beskyttelse krever en tretrinns design.

HSPs er konstruert ved hjelp av MOSFET halvlederteknologi. Når den plasseres i serie mellom GDT og TVS, overvåker HSP strømmen som strømmer gjennom linjen. Hvis strømmen overstiger et forhåndsinnstilt nivå, utløser enheten og gir en barriere for høy spenning og strøm. Utløserstrømmer fra 150 til 500 ma er tilgjengelige, og toppimpulsspenningsstyrken er 650 til 850 V. HSP-enheter fra Bourns kalles TBU-DT-serien. De er en resettbar enhet som opererer i omtrent 1 μs. Normal serieresistens er 5 til 10 Ω. Når det brukes, begrenser enheten linjestrøm til mindre enn 1 mA, typisk.

Når de blir utsatt for en raskt stigende forbigående hendelse, begynner den raskere TVS-dioden å klemme først og lede strøm gjennom HSP. Når HSPs nåværende terskel overskrides, opererer den for å beskytte TVS-dioden og nedstrøms komponenter. Det tillater også GDT å utløse og ta mesteparten av strømmen som genereres av overspenningshendelsen. Resultatet er en ekstremt rask beskyttelse som fjerner manglene i individuelle beskyttelsesteknologier.

Design ingeniører kan utnytte denne løsningen for å øke overspennings- og forbigående beskyttelsesnivåer. HSP begrenser gjennomstrømningsenergien, TVS-dioden holder signalet innenfor maksimale grenser, og en primær GDT beskytter HSP-enheten mot eksponering for overdreven forbigående spenning.

Fig. 2: Bourns FLAT lavprofil GTD-enheter.

Robust beskyttelse for plassbegrensede design

Etter hvert som utstyret krymper, begrenses plassbegrensninger på PCB. GDT kommer vanligvis i sylindriske pakninger med 8 mm diameter. Nylig har et nytt design for primær GDT-beskyttelse med en flat diskpakke blitt tilgjengelig. Bourns FLAT GDTs leverer 75% besparelser i volum sammenlignet med standard 8 mm enheter og kommer i horisontale eller vertikale monteringsversjoner (figur 2). 2-elektrodeinnretningene leveres i fem versjoner med 90 til 420 V DC sparkover og er klassifisert for 10 000 våpen for 8/20 μs for mer enn ti operasjoner.

Av BY: JOHAN SCLIEMANN-JENSEN, produktutviklingsingeniør, Bourns, www.bourns.com