novice

Robustna prenapetostna zaščita v elektroniki z visoko gostoto

Saveiro Robust na Motoshoping (December 2018).

Anonim

Običajno je potreben pristop večstopenjskega / večtočkovnega varstva

Manjša in večja gostota elektronike so stalni trend. Vse bolj integrirani in zapleteni modeli pa so sedaj veliko bolj občutljivi in ​​občutljivi na poškodbe in izpad zaradi prehodnih groženj, kot so strele in druge visokonapetostne napetosti. Z raznoliko naravo telekomunikacijskih, industrijskih in medicinskih modelov opreme je rešitev za zaščito pred prenapolnjenimi napravami redko možna. Potreben je pristop večstopenjskega / večtočkovnega varstva, da se izkoristijo prednosti in slabosti vsake tehnologije.

Primerjava prenapetostne zaščite

Prenapetostne naprave preusmerjajo hitro energijo prenapetosti, kot je strela, medtem ko večina pretočnih naprav povečuje odpornost, s čimer se omeji tokovni tok, ki teče iz daljših tokov. Obstajata dve vrsti napetosti, ki omejujeta napetost: preklopne naprave, kot so GDT-ji, ki preobremenijo linijo in vpenjalne naprave, kot sta MOV in TVS (glej tabelo). GDTs so pridobili priljubljenost zaradi izjemno nizke kapacitivnosti in nizkih karakteristik puščanja, skupaj z visokimi zmogljivostmi za obračanje toka.

TehnologijaPrenapetostni tipPrednostiSlabosti
Tlačna cev za odvajanje plina (GDT)

Crow-Bar

Visok pretok tekočin

Zelo nizka uhajanje

Zelo nizko

Počasnejši odzivni čas (μs)

Velikost pakiranja

Slaba sposobnost zaščite pred nizko napetostjo

Varistor kovinskega oksida

Spenjalo

Visok pretok tekočin

Hitri odzivni čas (ns)

Večje puščanje skozi čas

Visoka kapacitivnost

Velikost in pakiranje visokokakovostnih naprav

Prehodni pretvornik napetosti (TVS)

Spenjalo

Visoka obremenitev s prenapetostjo

Hitri odzivni čas (ns)

Srednje pretočno delovanje

Zmožnost zaščite na nizke ravni

Večja kapacitivnost

Sedanje upravljanje z večjimi velikostmi

Tipično je nameščen v vezje za omejitev napetosti in za preusmeritev prenapetostnega toka v tla (skupni način) ali na vir (diferenčni način), ima GDT zelo visoko impedanco (> 1 GΩ), zato je to običajno nevidno za vezje med običajnim delovanje. Kadar napetostna motnja presega vrednost iskrivega GDT-ja, se preklopi v navidezni kratki stik, znan kot način obločnice, preusmerjanje prenapetostnega toka in zaščito opreme. GDT imajo običajno počasno odzivni čas zaradi časa, potrebnega za ioniziranje plina znotraj GDT. Konvencionalne naprave GDT zagotavljajo zanesljivo zaščito pred prenapetostjo, vendar to storijo po ceni dragocenega PCB prostora.

Učinkovito zaščito z uporabo tristopenjske rešitve

Oblikovalci lahko uporabijo napredne tristopenjske rešitve za zaščito dizajn visoke gostote. To uporablja TVS diod za sekundarno zaščito, naprave za visoke hitrosti (HSP) za koordinacijo in GDT za primarno zaščito in je optimalno za aplikacije v izpostavljenih prehodnih okoljih. Ponuja usklajen odziv, ki zagotavlja visoko raven zaščite za različne telekomunikacijske ali industrijske vmesnike, ki precej presega zmogljivost upravljanja enostopenjske komponente.

Samo dioda TVS je učinkovita pri prehodih na nizki ravni. Odprla bo prehodne signale do maksimalnega impulznega toka, vendar ne more nadgraditi nad tem. Ker je prehodna napetost, ki ji je izpostavljena TVS dioda, povečana, je tudi skrb za prekoračitev tokovne omejitve. Uporaba odpornosti serije za zaščito TVS lahko povzroči prekomerno padanje napetosti in v primeru komunikacije močno zmanjša razdaljo zanke.

Slika 1: Maksimiranje prehodne zaščite HV potrebuje tristopenjsko obliko.

HSP-ji so izdelani z uporabo polprevodniške tehnologije MOSFET. Ko je serija med GDT in TVS, HSP spremlja tok, ki teče skozi črto. Če tok presega vnaprej določeno raven, se naprava sproži in zagotavlja oviro za visoke napetosti in tokove. Na voljo so sprožilni tokovi od 150 do 500 ma in najvišja impulzna napetost 650 do 850 V. Naprave HSP iz Bourns se imenujejo serija TBU-DT. So ponastavljiva naprava, ki deluje v približno 1 μs. Normalna serijska upornost je od 5 do 10 Ω. Pri delovanju naprava običajno omeji tok omrežja na manj kot 1 mA.

Ko je izpostavljen hitro naraščajočemu prehodnemu dogodku, se bo hitrejša TVS dioda začela najprej obremeniti in voditi tok skozi HSP. Ko je trenutni prag HSP prekoračen, deluje za zaščito TVS-diode in spodnjih delov. Omogoča tudi, da GDT sproži in vzame večji del toka, ki ga ustvari prenapetostni dogodek. Rezultat je izredno hitra zaščita, ki odpravlja pomanjkljivosti posameznih zaščitnih tehnologij.

Inženirji za načrtovanje lahko to rešitev izkoristijo za povečanje nivojev prenapetosti in prehodnih nivojev zaščite - HSP omejuje emisijsko moč, dioda TVS ohranja signal znotraj mejnih vrednosti, primarni GDT pa ščiti napravo HSP pred izpostavljenostjo prekomerni prehodni napetosti.

Slika 2: Nizke profilne naprave GTD Bourns FLAT.

Robustna zaščita za prostorske omejitve

Ker oprema zmanjšuje prostorske omejitve na povečanju PCB. GDT običajno prihajajo v cilindričnih paketih s premerom 8 mm. V zadnjem času je na voljo nov dizajn za primarno zaščito GDT s ploščatim diskom. Bourns FLAT GDTs zagotavljajo 75% prihranek v primerjavi s standardnimi 8 mm napravami in prihajajo v vodoravnih ali navpičnih montažnih izvedbah (slika 2). Naprave z dvema elektrodama so na voljo v petih različicah z iskrenjem od 90 do 420 V DC in so za 10.000 orožij za 8/20 μs za več kot deset postopkov.

BY BY: JOHAN SCLIEMANN-JENSEN, inženir za razvoj izdelkov, Bourns, www.bourns.com