Robusztus túlfeszültségvédelem a nagy sűrűségű elektronikában

Ascom Myco – robusztus készülék (Július 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Többlépcsős / többtechnológiás védelmi megközelítésre van szükség

A kisebb és nagyobb sűrűségű elektronika folyamatos trend. Ezek az egyre inkább integrált és összetett tervek azonban sokkal érzékenyebbek és sérülékenyek a tranziens fenyegetésekkel, például villámokkal és más nagyfeszültségű túlfeszültségekkel járó károk és leállások miatt. A telekommunikáció, az ipari és az orvosi berendezések változatosságával egyetlen készülék túlfeszültség-védelmi megoldása ritkán lehetséges. Egy többlépcsős / többtechnológiás védelmi megközelítésre van szükség az egyes technológiák erősségeinek és gyengeségeinek kihasználásához.

A túlfeszültség elleni védelem összehasonlítása

A túlfeszültségű eszközök gyors átfutási energiát irányítanak, például a villámcsapás, míg a legtöbb túláramú berendezés növeli az ellenállást a hosszabb időtartamú túláramokból áramló túláram áramának korlátozása érdekében. Kétfajta feszültséghatároló védőeszköz van: olyan kapcsolóeszközök, mint a GDT-k, amelyek a vonalat és a rögzítőeszközöket, például a MOV és a TVS-t (lásd a táblázatot) feszítik. A GDT-k népszerűsége rendkívül alacsony kapacitása és alacsony szivárgási jellemzői miatt, valamint nagy áramfelvevő képességüknek köszönhető.

TechnológiaTúlfeszültség típusElőnyökHátrányok
Gáztalanító cső (GDT)

Emelőrúd

Magas túlfeszültségű áramkezelés

Nagyon alacsony szivárgás

Nagyon alacsony

Lassabb válaszidő (μs)

Méret-Packaging

Hiányos védelem alacsony feszültségszintre

Fémoxid varisztor

fogó

Magas túlfeszültségű áramkezelés

Gyors válaszidő (ns)

Magasabb szivárgás az idő múlásával

Nagy kapacitás

A nagy áramú eszközök mérete és csomagolása

Átmeneti feszültségcsökkentő (TVS)

fogó

Magas túlfeszültség kezelés

Gyors válaszidő (ns)

Közepes túlfeszültség áram kezelés

Képes alacsony szintű védelemre

Nagyobb kapacitás

Nagyobb méretű, aktuális kezelés

A GDT jellemzően egy nagy áram impedanciájára (> 1 GΩ) van elhelyezve, így gyakorlatilag láthatatlan az áramkörön a normál körülmények között művelet. Ha a feszültség zavarja meghaladja a GDT sparkover értékét, akkor virtuális rövidzárlatra vált át, melyet ív üzemmódnak neveznek, a túlfeszültség áramlását és a berendezés védelmét. A GDT-k jellemzően viszonylag lassú válaszidővel rendelkeznek, mivel a GDT belsejében a gáz ionizálására van szükség. A hagyományos GDT eszközök robusztus túlfeszültség-védelmet nyújtanak, de értékes PCB-terhelés mellett.

Hatékony védelem háromlépcsős megoldással

A tervezők használhatják a fejlett háromlépcsős védelmi megoldást a nagy sűrűségű formatervezéshez. Ez TVS diódákat alkalmaz a másodlagos védelemhez, a nagysebességű védelem (HSP) eszközökhez a koordinációhoz és a GDT-ket az elsődleges védelemhez. Olyan koordinált választ kínál, amely magas szintű védelmet nyújt a különféle távközlési vagy ipari interfészek számára, ami messze meghaladja az egylépcsős komponens megoldás kezelési képességét.

A TVS dióda önmagában hatékony az alacsony tranzienseknél. A tranziens jeleket a legmagasabb impulzusáramig táplálja, de nem tud kezelni. Mivel a TVS dióda expozíciós tranziens feszültsége növekszik, így a jelenlegi korlátozás túllépése is aggodalomra ad okot. A TVS védelme érdekében a soros ellenállás túlzott feszültségcsökkenést eredményezhet, és kommunikáció esetén nagymértékben csökkentheti a hurok távolságát.

1. ábra: A HV átmeneti védelem maximalizálása háromfokozatú.

A HSP-k MOSFET félvezető technológiával készülnek. Ha a GDT és a TVS között sorba helyezik, a HSP figyeli a sorban folyó áramot. Ha az áram meghaladja az előre beállított szintet, akkor a készülék aktiválja és akadályozza a magas feszültségeket és áramokat. A 150-500 mA-es indítóáramok rendelkezésre állnak, és a csúcsimpulzus-feszültségállóság 650-850 V. A Bourns HSP-eszközöket TBU-DT sorozatnak nevezik. Ezek egy visszaállítható eszköz, amely kb. 1 μs-nál működik. A normál sorozat ellenállása 5-10 Ω. Működés esetén a készülék általában 1 mA-nél kisebb áramerősséget korlátoz.

Ha gyorsan növekvő tranziens eseménynek van kitéve, a gyorsabb TVS dióda először megkötödik, és a HSP-en keresztül folyik. A HSP jelenlegi küszöbértékének túllépése után a TVS dióda és a későbbi komponensek védelme érdekében működik. Ezenkívül lehetővé teszi a GDT számára a túlfeszültség esemény által generált áram nagy részét. Az eredmény rendkívül gyors védelem, amely megszünteti az egyedi védelmi technológiák hiányosságait.

A tervező mérnökök kihasználhatják ezt a megoldást a túlfeszültség és a tranziens védelmi szint növelése érdekében - a HSP korlátozza az áteresztő energiát, a TVS dióda a maximális határokon belül tartja a jelet, és egy elsődleges GDT megvédi a HSP eszközt a túlzott tranziens feszültségtől.

2. ábra: A Bourns FLAT alacsony profilú GTD készülékek.

Robosztus védelem az űrtartalmú kialakításokhoz

Mivel a berendezés csökkenti a helykihasználás korlátozását a PCB-nál. A GDT általában 8 mm átmérőjű hengeres csomagolásban kerül forgalomba. Az utóbbi időben egy új, elsődleges GDT-védelemre tervezett design áll rendelkezésre egy lapos lemezcsomaggal. A Bourns FLAT GDT 75% -os térfogat-megtakarítást eredményez a 8 mm-es szabványos készülékekhez képest, és vízszintes vagy függőleges szerelési változatokhoz (2. A 2 elektródák öt változatban 90 és 420 V egyenáramú sparkoverrel vannak ellátva, és 10 000 karban vannak 8/20 μs-nél több tíz műveletnél.

By BY: JOHAN SCLIEMANN-JENSEN, termékfejlesztési mérnök, Bourns, www.bourns.com