Az új megközelítés védelmet nyújt az ESD és a nagy energiájú túlfeszültségek ellen

FLUOR – FELÉBREDNI MÁSHOL – OFFICIAL MUSIC VIDEO [RED EDIT] (Július 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

A tranziens áramszűrő kétlépcsős készülékének védelmi előnyei meghaladják a hagyományos TVS technológiák előnyeit

Mivel a nagysebességű adatátviteli technológiák gyorsabbá és kisebbé válnak, az elektrosztatikus kisülés (ESD) és a villámcsapások érzékenysége nőtt. Most, mint valaha, robusztus és hatékony túlfeszültség-védelmi megoldásra van szükség, amely megakadályozza a károkat, de nem akadályozza a rendszer nagyfrekvenciás működését. Az új tranziens áram szupresszor (TCS) technológia újszerű megközelítést kínál ezen igényes igények kielégítésére.
Néhány becslés az elektronikai iparág ESD-károsításának tényleges költségére a több milliárd dollárba esik. A Biztosítási Információs Intézet szerint a villámlás okozta károk átlagosan az Egyesült Államokban 5, 5% -kal nőttek a tavalyi évhez képest, elsősorban a fogyasztói elektronika számának és értékének növekedése miatt. A villámcsapás a költségbiztosítókat 2011-ben átlagosan 5112 dollárra emeli, szemben az előző évi 4.846 dollárral. Ezeknek a magas költségeknek és az elektronikus berendezések esetleges károsodásának köszönhetően fontosabb, mint valaha, hogy megfelelő áramkör védelmet biztosítson a nagysebességű adatátviteli alkalmazások számára.
Ez a cikk a hagyományos egylépcsős védelmet egy feszültséghatároló eszközzel, például tranziensfeszültség-elnyomó (TVS) diódával, és kiemeli a védelmi módszer korlátait. Az áramkörvédelem új megközelítését fogják bemutatni, amely új TCS technológiát vezet be. Ez az új megközelítés a védett jelvezetékkel sorba kapcsolt TCS-eszközöket, kétlépcsős konfigurációt és feszültséghatároló eszközt tartalmaz. Az új kétlépcsős védelmi teljesítmény teljesítménye és védelmi hatékonysága sokkal jobb, mint a hagyományos TVS technológiáké.

Egyfokozatú áramkör védelem
A TVS diódák olyan elektronikus védelmi eszközök, amelyek elnyelik az ESD energiát a tervezési felületen. A TVS dióda alapművelete az 1. ábrán látható .
A TVS dióda jellemzően nagy impedanciájúnak tűnik a vonal felett áthaladó jelfeldolgozó feszültség normál tartományában. Ha az interfészen egy túlfeszültség meghalad egy előre beállított határértéket, akkor a TVS dióda vezetővé válik, és gyorsan korlátozza a feszültséget a biztonságos szint felett. Az ideális TVS dióda létrehoz egy "téglafal" rögzítő elektromos jellemzőt, amely nem okoz interferenciát a normál jelhez, de megakadályozza, hogy a feszültség a felületen elérje a nem biztonságos szintet.

1. ábra: Ideális feszültségkorlátozó készülék alapműve.

A valóságban a félvezető TVS diódák jellemzői különböznek az ideális rögzítőeszköz függőleges jellemzőitől. Bár az igazi TVS dióda nagy ellenállást mutat kisebb feszültségeknél, mivel a feszültség növeli a véges "szivárgásáram" áramot, az áramlás az elágazó feszültség közelében megkezdődik. Ez egy tényleges befogási tulajdonságot eredményez, amely sokkal lágyabb, mint az ideális bilincs hirtelen függőleges "téglafal". Minél nagyobb a TVS készülék, annál nagyobb szivárgás fordulhat elő, amely negatívan befolyásolhatja az áramkör működését, különösen magasabb hőmérsékleteken. A választott szorítófeszültségnek nagyobbnak kell lennie, mint ideálisnak ahhoz, hogy lehetővé tegye a puha átmenetet a befogási viselkedésre. Az áramkörhöz kiválasztott tényleges bilincsfeszültség kompromisszumot jelent egy elég magas szint között, amely nem zavarja a jelet, és elég alacsony a feszültség a védelem maximalizálása érdekében.
Egy TVS dióda egyszerű összekapcsolása egy interfész és a föld között nem mindig hatékony az alacsony feszültségű eszköz védelmében. Például, egy tipikus TVS eszközzel, a legmagasabb feszültség akár 20 V-os értéket is elérhet a 11 A kiáramlás során. Ez messze meghaladja számos alacsony feszültségű félvezető technológia abszolút maximális értékét. A felületi eszköz árnyékolásának helyett a TVS dióda egyszerűen elvonja az energia egy részét, így a túlfeszültség energia egy részét a védett áramkörbe továbbítja. A "áteresztő" energia magas szintje, amint azt gyakran nevezik, káros vagy tágas környezetben túlfeszültség alatt okozhat berendezések károsodását, ahol a nagy túlfeszültségű energiáknak való kitettség általános lehet.

Kétlépcsős áramkörvédelem: új megközelítés
A TCS eszköz egy új áramkör-védelmi megközelítés, amely nagymértékben javítja a védelmi szintet, ha a védett jelvezeték sorozatban kétlépcsős kivitelben, egy feszültséghatároló eszközzel együtt használják. A TCS eszköz jellemzőit a 2. ábrán mutatjuk be. Ha a normál jeláram alacsony, akkor a TCS eszköz úgy viselkedik, mint egy alacsony értékű ellenállás. A túlfeszültség alatt, és amikor az áram egy biztonságos szint fölött van, a TCS eszköz gyorsan átvált egy áramkorlátozó állapotba. A 3. ábra a TCS eszköz konfigurációját és áramköri szimbólumát mutatja.

2. ábra: A TCS eszköz tényleges IV görbéje.

3. ábra: TCS eszköz megvalósítása áramkörvédelmi megoldásban.

A TCS eszköz egy sorozatban áramkorlátozó fázist ad hozzá a védett eszközhöz, hogy kiegészítse a feszültséghatároló eszköz jellemzőit, ami segít a stressz csökkentésében. Az interfészen a feszültség akkor növekszik, ha túlfeszültség következik be, ami áramot áramolhat a TCS eszközön. Ahogy elérte az áramkorlátot, a TCS-eszköz megakadályozza az áram további növelését, lehetővé téve ezzel a feszültség növekedését. Ez nagyon magas blokkolási ellenállást mutat, mivel az áram csak közel állandó szinten van. Mivel az áram korlátozott, a védett eszközön a feszültség már nem emelkedik, és biztonságos szinten tartja. A TCS készülék másik oldalán a feszültség folyamatosan emelkedik, amíg a feszesség-rögzítő eszköz aktiválási feszültsége el nem éri. Mind a rögzítés kezdete, mind pedig a maximális feszültségkapcsfeszültség sokkal magasabb lehet, mint önmagában a TVS, mivel a TCS eszköz blokkolja ezt a feszültséget. A csúcsfeszítőfeszültség a TCS-eszköz ± 40 V-os maximális feszültségszintjéhez hasonlóan emelkedhet, ami lehetővé teszi egyszerű, alacsony költségű, kis kapacitású dióda-sín-bilincsek használatát a legtöbb alkalmazáshoz. A védelmi fokozat általános teljesítménye, ahogy a vezető tapasztalta, nagyon hasonlít az ideális "téglafal" kapocs működésére.
Amint a neve is sugallja, a TCS eszköz közvetlenül megegyezik a TVS diódával. A TVS dióda korlátozza a tranziens feszültségeket, és a TCS eszköz korlátozza a tranziens áramokat. A TCS eszköz jellemzői, mint például a lyukasztó TVS dióda, bizonyos mértékű visszahúzást mutatnak, ami az áramot körülbelül 30% -kal csökkenti a maximális értékétől, amint a feszültség tovább nő. Ez a visszahúzó tovább javítja a tranziens áramellátást a TCS eszközben és minimalizálja a védett eszközben jelentkező stresszt.
A korlátozó működés eléréséhez szükséges normál válaszidő kevesebb, mint 50 ns. A TCS-eszköz jelenlegi korlátozó működésének sebessége ideális az összes szabványos villámhullám-próba hullámforma (1, 2 / 50 μs, 10/1000 μs stb.) Ellen, beleértve a nagy frekvenciájú avionikai követelményeket is.
Az új TCS-eszközök hatékony ESD- és túlfeszültség-védelmi megoldást kínálnak. A hagyományos TVS diódákkal szemben a fokozott védelem és a funkcionalitás nem a kapacitív eszközök hozzáadásával jár, amelyek csökkentik a sávszélességet és csökkentik az adatátviteli sebességet. A kétfokozatú védelmi kialakítás, amely ötvözi a TCS eszköz jelenlegi korlátozó tulajdonságait a TVS dióda vagy bilincsdióda feszültséghatároló tulajdonságaival, sokkal rugalmasabb, alacsony költségű áramkör-védelmi megoldást kínál az áramkör teljesítményének csökkentése nélkül.

BY ANDY MORRISH, technológiai vezető, félvezető termékek, Bourns, www.bourns.com