دیود محافظ سرکوبگر را می توان دیود زنر گیره، دیود TVS، ترانسیل، محدود کننده ولتاژ و غیره نامید. سرکوبگرها به طور گسترده در منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می شوند، جایی که عملکرد حفاظت از اضافه ولتاژ را در صورت نقص در منبع تغذیه سوئیچینگ انجام می دهند. در این مقاله به طور مفصل با عملکرد این دیود آشنا می شویم، اصل عملکرد آن را مطالعه می کنیم و همچنین متوجه خواهیم شد که چه طرح هایی و چه اهدافی را دنبال می کند.

این نیمه هادی محافظ دارای یک مشخصه جریان-ولتاژ غیر خطی جالب است. اگر دامنه پالس از داده های مرجع بیشتر شود، به حالت شکست بهمن می رود. به این معنی که سرکوب کننده تکانه الکتریکی را به مقدار پاسپورت محدود می کند و مازاد آن از طریق آن به زمین می ریزد.

دیود TVS می تواند تک سر یا متعادل باشد. اولین ها فقط برای کار در شبکه ها استفاده می شوند جریان مستقیم، زیرا در شرایط کاری آنها جریان را فقط در یک جهت مجاز می کنند. سرکوبگرهای متقارن جریان را در هر دو جهت عبور می دهند و بنابراین قادر به کار در شبکه هستند جریان متناوب. هنگام نصب دیودهای معمولی، یک محدود کننده محافظ نامتقارن در جهت مخالف در مدار قرار می گیرد، یعنی آند به گذرگاه منفی و کاتد به مثبت متصل می شود.

در صورت افزایش سطح ورودی، نیمه هادی محافظ در مدت زمان بسیار کوتاهی مقاومت داخلی خود را به شدت کاهش می دهد. جریان در مدار به شدت افزایش می یابد و فیوز منفجر می شود. از آنجایی که سرکوبگر تقریباً فوراً کار می کند ، مدار اصلی زمان سوختن ندارد. یکی از ویژگی های متمایز دیودهای TVS زمان پاسخ بسیار کم به بیش از سطح ولتاژ در نظر گرفته می شود.

اصلی پارامترهای الکتریکیسرکوبگرها

نمونه های U (AT)- ولتاژ شکست در کتب مرجع جداگانه به عنوان VBR. در این ولتاژ، دیود به شدت باز می شود و پتانسیل را به سمت هدایت می کند سیم مشترک.
من ارور میکنم (µA)این مقدار حداکثر جریان نشتی معکوس است. بسیار کوچک است و تقریبا هیچ تاثیری در عملکرد دستگاه ندارد.(I R)
تو آر (AT)- دائمی ولتاژ معکوس. (V RWM). U محدود کنید بد (AT)- حداکثر ولتاژ ضربه ای محدودیت. (V CL یا V C - حداکثر) محدود کردم حداکثر (ولی)حداکثر جریان پالس اوج است. (IPP). در مورد حداکثر مقدار پالس جریانی که دیود محافظ می تواند بدون تخریب مقاومت کند، می گوید. برای سرکوبگرهای قدرتمند، این مقدار می تواند تا چند صد آمپر برسد.
P imp. (وات)حداکثر توان پالس مجاز است.

منهای بزرگ سرکوبگرها را می توان وابستگی شدید حداکثر توان پالس به مدت زمان پالس در نظر گرفت. دیودهای TVS در سطوح مختلف قدرت موجود هستند. با این حال، اگر این رتبه ها کافی نباشد، می توان با اتصال چند نیمه هادی به صورت سری، توان را افزایش داد. بنابراین، هنگامی که دو به هم متصل می شوند، مجموع قدرت آنها دو برابر می شود.

از دیودهای محدود کننده می توان به عنوان دیود زنر نیز استفاده کرد. اما برای گنجاندن دیودهای TVS در مدار به این ترتیب، لازم است داده های مرجع در مورد مقادیر حداکثر اتلاف توان و همچنین مقاومت دینامیکی در شرایط حداکثر و حداقل جریان ممکن بررسی شود.

سرکوبگرها با نرخ بالای عملکرد مشخص می شوند. زمان پاسخگویی آنها به قدری کوتاه است که پالس های جریان "بد" زمان آسیب رساندن به تجهیزات را ندارند.

حفاظت از وسایل الکترونیکی در برابر اضافه ولتاژ و تداخل قدرتمند یک مشکل مهم نه تنها برای تجهیزات ویژه، بلکه برای صنعت نیز می باشد. شبکه های سیمیو دستگاه های فناوری رایانه، ارتباطات و لوازم الکترونیکی مصرفی. این مشکل به سادگی با کمک سرکوبگرها - دیودهای TVS (محدود کننده ولتاژ)، وریستورها، TVS-تریستورها و برقگیرها و با کمک محدود کننده های ولتاژ در دیودهای معمولی حل می شود. در اینجا من در مورد استفاده از دیودهای TVS و برخی از شکاف های جرقه صحبت خواهم کرد.

دیودهای TVS(سرکوب کننده ها)- دیودهای نیمه هادی که امکان محدود کردن نوسانات اضافه ولتاژ را فراهم می کند که دامنه آن از ولتاژ شکست بهمنی دیود بیشتر است. این اضافه ولتاژها در اثر تأثیرات خارجی مانند: تخلیه های الکترواستاتیکی (ESD)، صاعقه، اتصال یک بار القایی و غیره ایجاد می شوند.

الکتریسیته ساکن – پدیده ای که در آن یک بار الکتریکی آزاد بوجود می آید و روی سطح و در حجم دی الکتریک ها، هادی ها و نیمه هادی ها تجمع می یابد. به عنوان یک قاعده، اتم های بدون بار دارای تعداد یکسانی الکترون مثبت و منفی هستند، اجسام باردار الکتریکی دارای تعداد کمی یا اضافی الکترون در نظر گرفته می شوند. برهمکنش بارهای الکتریکی نقطه ای توسط قانون کولن توضیح داده شده است.

هنگام جاری شدن بر روی سازه های فلزی (از جمله آنهایی که دارای زمین هستند)، ولتاژ کوتاه مدت در سازه های فلزی، هادی ها، عناصر مدار الکترونیکی افزایش می یابد. این افزایش می تواند چندین برابر بیشتر از ولتاژ تغذیه مدارهای الکترونیکی باشد.

فرآیند انتقال – در یک مدار الکتریکی، پدیده‌ای است که در حین انتقال از یک حالت عملکرد یک مدار الکتریکی به حالت دیگر رخ می‌دهد، که با حالت قبلی از نظر دامنه، فاز، شکل یا فرکانس ولتاژ فعال در مدار، مقادیر پارامتر یا پیکربندی مدار

تاریخچه کشف بار ساکن و منشا آن

قانون برهمکنش بارهای الکتریکی توسط چارلز آگوستین دو کولن در سال 1785 کشف شد. با این حال، 11 سال قبل از کشف و تدوین قانون خود، هنری کاوندیش الگوی تعامل اتهامات را ایجاد کرد، اما نتایج مطالعه او منتشر نشد و برای مدت طولانی ناشناخته ماند. الکتریسیته شدن دی الکتریک ها توسط اصطکاک زمانی رخ می دهد که دو ماده غیرمشابه به دلیل اختلاف نیروهای اتمی و مولکولی (به دلیل تفاوت در عملکرد کار یک الکترون از مواد) در تماس باشند. در این حالت، توزیع مجدد الکترون‌ها (در مایعات و گازها نیز یون‌ها) با تشکیل لایه‌های الکتریکی با علائم مخالف بارهای الکتریکی در سطوح تماس اتفاق می‌افتد. در واقع، اتم ها و مولکول های یک ماده، الکترون ها را از ماده دیگر جدا می کنند. اختلاف پتانسیل حاصل از سطوح تماس به عوامل مختلفی بستگی دارد - خواص دی الکتریک مواد، مقدار فشار متقابل آنها در تماس، رطوبت و دمای سطوح این اجسام، شرایط آب و هوایی. با جدا شدن بعدی این اجسام، هر یک از آنها بار الکتریکی خود را حفظ می کنند و با افزایش فاصله بین آنها به دلیل کار انجام شده بر روی جداسازی بارها، اختلاف پتانسیل افزایش می یابد و می تواند به ده ها و صدها کیلو ولت برسد.
تخلیه های الکتریکی را می توان به دلیل رسانایی الکتریکی هوای مرطوب به طور متقابل خنثی کرد. در رطوبت هوای بیش از 85 درصد، الکتریسیته ساکن عملاً رخ نمی دهد.

الکتریسیته ساکن اطراف ما

محیط اطراف ما نه تنها با گرد و غبار، عناصر شیمیایی ناشی از انتشارات صنعتی، بلکه با تداخل ناشی از بارهای الکتریکی نیز بسیار آلوده است. نویز الکتریکی که ما را احاطه کرده است ناشی از پدیده های جوی و دستگاه های صنعتی است.

الکتریسیته ساکن در طبیعت

پدیده های الکترواستاتیک در اطراف ما یافت می شوند. برای اولین بار، الکتریکی شدن یک مایع در حین خرد کردن در نزدیکی آبشارهای سوئیس در سال 1786 مشاهده شد، این پدیده را اثر بالوالکتریک نامیدند. هوای باردار در آبشارها توسط قطرات میکروسکوپی آب و مجتمع‌های مولکولی منتقل می‌شود که وقتی خرد می‌شوند از سطح آب جدا شده و به محیط منتقل می‌شوند. اثر الکتریکی شدن نه تنها در نزدیکی آبشارها، بلکه در غارها نیز مشاهده می شود.

هوای سواحل دریاها به دلیل پاشیدن آب نمک بار مثبت پیدا می کند. در هنگام فرود نیز تخلیه الکتریکی مشاهده می شود
بهمن های برفی

در نتیجه حرکت توده های جوی، اغلب می توانیم پدیده ای مانند رعد و برق را مشاهده کنیم. رعد و برق همان تخلیه الکتریکی است که در جو به وجود آمده است. این پدیده به اندازه کافی مورد مطالعه قرار گرفته است و در این مقاله به بررسی جزئیات بیشتر این پدیده نمی پردازیم.

الکتریسیته ساکن در مهندسی

در فناوری، به دلیل الکتریسیته ساکن، نوساناتی رخ می دهد که باعث ایجاد پالس های جریان می شود که اغلب منجر به خرابی الکترونیک می شود. بعداً روش‌هایی را برای محافظت از وسایل الکترونیکی در برابر نوسانات و نوسانات ولتاژ و جریان در نظر خواهیم گرفت.
الکتریسیته ساکن اگر خواص آن را مطالعه کرده و به درستی به کار ببرید می تواند کمک خوبی برای انسان باشد. این تکنیک از موارد زیر استفاده می کند
روش: کوچکترین ذرات جامد یا مایع یک ماده وارد میدان الکتریکی می‌شوند، جایی که الکترون‌ها و یون‌ها روی سطح آن‌ها «ته‌نشین می‌شوند». ذرات بار می گیرند و سپس تحت تأثیر میدان الکتریکی حرکت می کنند. بسته به هدف تجهیزات، می توان از میدان های الکتریکی برای کنترل حرکت ذرات به روش های مختلف مطابق با نیاز استفاده کرد. فرآیند تکنولوژیکی. چنین فناوری هایی به طور فعال در صنعت خودروسازی، صنعت ماهیگیری، صنایع نساجی و نانوایی استفاده می شود. و همچنین بر اساس ذرات باردار تعدادی سیستم برای تصفیه هوا ساخته شده است.

وقوع اضافه ولتاژ

در طول عملیات تجهیزات الکترونیکی در مدارهای آن، انواع مختلفاضافه بارهای الکتریکی که خطرناک ترین آنها افت ولتاژ است.

افت ولتاژ – موج های ولتاژ تصادفی با دامنه ای بیشتر از ولتاژ کاری در مدار. چنین اضافه بارهایی در نتیجه وقوع تکانه های الکترومغناطیسی با منشاء طبیعی (تخلیه رعد و برق)، تکانه های با منشاء مصنوعی (تابش از فرستنده های رادیویی، خطوط انتقال فشار قوی، شبکه های حمل و نقل الکتریکی و غیره) و همچنین به دلیل داخلی رخ می دهد. فرآیندهای گذرا در تجهیزات که هنگام خاموش شدن مدار خازنی رخ می دهد، بار القایی یا تخلیه الکترواستاتیک. این انتقال می تواند از چند نانوثانیه تا چند میلی ثانیه طول بکشد.

این گذرا عمر تجهیزات الکترونیکی را کوتاه یا از بین می برد و زندگی را برای طراحان الکترونیکی که نیاز به طراحی مدارهای حفاظتی دارند دشوار می کند. لوازم برقی.
در حالی که نوسانات می تواند به دلایل مختلفی رخ دهد، رایج ترین و خطرناک ترین آنها رعد و برق و تخلیه ساکن است.
موج‌های ناشی از تخلیه رعد و برق با پالس‌های بلندمدت پر انرژی با مدت زمان ده‌ها تا هزاران میکروثانیه مشخص می‌شوند. اشکال پالس توسط IEC61000-4-5 و 61643-321 شکل 1 تعریف شده است.
دشارژ الکترواستاتیکی دیگر رایج ترین نوسان ولتاژ است. بار الکترواستاتیکی به دلیل اثر تریبوالکتریک ایجاد می شود.

اثر تریبوالکتریک – اثری که در آن بار الکتریکی به دلیل تماس مکانیکی دو دی الکتریک ایجاد می شود. رایج ترین مواد تریبوالکتریک نایلون، کاغذ، لاستیک، وینیل، آبنیت هستند.
بدن انسان یک انباشته کننده عالی ولتاژ ساکن است، زیرا فعال است، بار استاتیکی می تواند روی بدن انسان جمع شود و در تماس با یک جسم رسانا، تخلیه رخ می دهد.

تخلیه استاتیکی می تواند به ولتاژ تا 15000 ولت برسد. شکل موج تخلیه در 1 نانوثانیه با مدت زمان کل تا 60 نانوثانیه به اوج خود می رسد شکل 2.

شکل 2. استاندارد تکانه تخلیه استاتیک IEC61000-4-2

برای محافظت از مدارهای دستگاه های الکترونیکی از اثرات اضافه بار الکتریکی می توان از روش های مختلفی استفاده کرد که اصلی ترین آنها عبارتند از:
ساختاری، ساختاری - عملکردی، مداری.
روش های حفاظت سازه عبارتند از: چیدمان و نصب منطقی اجزاء، حفاظ، زمین و غیره.
روش های حفاظت ساختاری و عملکردی عبارتند از: انتخاب منطقی اصل عملکرد تجهیزات و انتخاب استانداردهای انتقال سیگنال مورد استفاده.

روش های حفاظت از مدارشامل: حفاظت غیرفعال و فعال. اکثر ابزار موثرمحافظت از تجهیزات در برابر قرار گرفتن در معرض محافظت فعال است.

عناصر اصلی حفاظت فعال عبارتند از دیودهای TVS (سرکوبگرهای ولتاژ گذرا) (یا به اصطلاح سرکوبگرها، دیودهای محافظ، محدود کننده ها)
ولتاژ)، وریستورها، TVS-تریستورها و برقگیرها.

روش های محافظت از الکترونیک در برابر نوسانات ولتاژ

روش های کاهش نویز ضربه ای در مدارهای قدرت با استفاده از فیلترهای LC و RC و همچنین صفحه نمایش بین سیم پیچ ترانسفورماتورهای شبکه اغلب وجود ندارد.
وضعیت را نجات دهد برای جلوگیری پیامدهای منفینوسانات به دستگاه های حفاظتی اجازه می دهد که به مدار وارد شده و شوک هایی را وارد کنند که می تواند دستگاه های الکترونیکی را غیرفعال کند.

عناصر محافظ باید دو عملکرد اصلی را انجام دهند:

دفع نوسانات برق از مدارهای محافظت شده،

افت ولتاژ زیر آستانه آسیب عنصر محافظت شده را برای عرض پالس معین ثابت کنید.

با بازیابی بیشتر عملکرد عادی مدار (بدون پدیده افت)، عنصر محافظ نباید عملکرد مدار محافظت شده را مختل کند.

بنابراین، عنصر خاموش کننده برای رابط های پرسرعت باید دارای زمان پاسخگویی به اندازه کافی سریع، ولتاژ حفاظتی و عملکرد پایین باشد و در مورد دستگاه های قابل حمل یا دستی، باید حداقل فضای کاری را اشغال کنند.

به عنوان یک قاعده کلی، هرچه سرکوبگر به دستگاه محافظت شده نزدیکتر باشد، ویژگی های محدود کننده آن بهتر است.
امروزه استراتژی برای مقابله با تخلیه الکترواستاتیک و پیامدهای آن استفاده از مدارهایی برای محافظت از دستگاه های الکترونیکی در برابر
تکانه در هنگام گذرا می ترکد. با نصب عناصر حفاظتی بر روی مدار اصلی - دستگاه های سرکوب کننده پالس، به عنوان مثال، وریستورها، عناصر نیمه هادی همه منظوره یا سرکوبگرهای ولتاژ نیمه هادی ویژه اجرا می شود. در طول گذرا، جریان از سرکوبگر عبور می کند که به نوبه خود منجر به کاهش مقدار ولتاژ گذرا در مدار اصلی می شود.
دستگاه های مهار کننده نبض را می توان به دو دسته تقسیم کرد:

محدود کننده سیگنال،

کلیدهای الکترونیکی

هر یک از انواع دستگاه برای شرایط گذرا خاصی بهینه شده است.

دستگاه های کلید الکترونیکی

در مرحله اول دستگاه سرکوب کننده پالس، کلیدهای الکترونیکی (TVS-thyristors) در حالت بسته هستند. این حالت تا زمان ادامه دارد
ولتاژ سوئیچینگ برای بستن سوئیچ اعمال خواهد شد. در مقایسه با محدود کننده ها، کلیدهای الکترونیکی قادر به دستکاری مقادیر بزرگ هستند
جریان ها عیب کلیدهای الکترونیکی این است که برای بازگرداندن دستگاه به حالت غیر رسانا، لازم است مقدار جریان رو به جلو تا یک سطح خاموشی مشخص و همچنین قیمت بالا کاهش یابد.

دیودهای TVS

محدود کننده ولتاژ یک دیود نیمه هادی است که بر روی شاخه معکوس مشخصه ولتاژ جریان (CVC) با شکست بهمن یا در شاخه جلو CVC کار می کند. دیود TVS برای حفاظت از نوسانات مدارهای مجتمع و هیبریدی، قطعات الکترونیکی و غیره طراحی شده است.

برای محدود کننده های ولتاژ نیمه هادی، مشخصه I-V مشابه مشخصه I-V دیودهای زنر است. در شرایط عملیاتی عادی، برقگیرها یک بار امپدانس بالا نسبت به مدار محافظت شده هستند و برای محافظت از مدار عمل می کنند. در حالت ایده آل، دستگاه مانند یک مدار باز با جریان نشتی ناچیز به نظر می رسد. هنگامی که ولتاژ گذرا از ولتاژ کاری مدار بیشتر می شود، امپدانس کلمپر کاهش می یابد و جریان گذرا شروع به عبور از گیره می کند. توان تولید شده توسط گذرا در داخل دستگاه محافظ تلف می شود و با حداکثر دمای مجاز اتصال محدود می شود.

برنج. 3. مشخصه جریان ولتاژ (CVC) یک دیود TVS

چه زمانی ولتاژ خطبه سطح نرمال می رسد، محدود کننده به طور خودکار به حالت امپدانس بالا باز می گردد.

یکی از پارامترهای اصلی دیودهای TVS زمان پاسخگویی است. زمان واکنش در شاخه معکوس CVC (شاخه شکست بهمن) چندین پیکو ثانیه است.

استفاده از دیودهای TVS این امکان را فراهم می کند که مدارهای دستگاه های حفاظتی را ساده کرده و قابلیت اطمینان آنها را افزایش دهد (مثلاً در مقایسه با تریستورهای محافظ).

متأسفانه، فناوری استاندارد دیود TVS آنها را برای ولتاژهای زیر 5 ولت کارآمد نمی کند.

به طور کلی، دیودهای حفاظتی دیودهای اتصال سیلیکونی هستند که به طور عمدی با یک ناحیه انتقال بزرگ طراحی شده اند تا بتوانند نوسانات ولتاژ بالا را کنترل کنند و آنها را برای کاربردهای ولتاژ پایین بی فایده می کند. راکتانس خازنی آنها مستقیماً با ناحیه اتصال مرتبط است و با کاهش ولتاژ عملیاتی به طور تصاعدی رشد می کند.

اثر بارگذاری خازنی که یک دیود محافظ بر روی سیگنال فرکانس بالا یا انتقال در یک خط طولانی قرار می دهد، منجر به تخریب یا بازتاب قابل توجه سیگنال می شود. پیشرفت های نوآورانه در دیودهای TVS در سال های اخیر شامل دستگاه های حفاظتی با ظرفیت کم است. روش های حفاظتی بر اساس آنها به سه گروه بای پس با ظرفیت کم، حفاظت بر اساس اطلاعات مربوط به نوسانات و پل کم ظرفیت تقسیم می شوند.

شنت با ظرفیت کم

این روش نسبت به روش های دیگر مزیتی دارد که شامل این واقعیت است که عناصر خازنی به صورت سری به هم متصل می شوند (دیود جبرانی و محافظ به عنوان عناصر خازنی عمل می کنند) (شکل 4). مقدار ظرفیت موثر دو عنصر متصل به سری همیشه کمتر از ظرفیت کوچکترین آنها است. در این حالت دیود TVS از داشتن یکسو کننده جبران کم ظرفیت متصل به صورت سری سود می برد. دو جفت دیود حفاظتی به اضافه یکسو کننده به صورت ضد موازی متصل شده اند تا اطمینان حاصل شود که در شرایط گذرا دیود جبرانی به سمت بایاس معکوس نمی رود. دستگاه‌های موجود امروزی بسته به کاربرد، شامل یک یا چند جفت عنصر TVS + یکسوکننده هستند.

شکل 4. اتصال پشت به پشت

پیکربندی ریل به ریل

دیودهای تنظیم کننده ظرفیت پایین برای محافظت از دستگاه های داده با سرعت بالا بر اساس اطلاعات مربوط به نوسانات برق استفاده می شوند (شکل 5).

شکل 5. اتصال پشت به پشت دیودهای یکسو کننده

بین دو دستگاه قرار داده شده روی خط در یک ردیف، دو خروجی با ولتاژ ثابت وجود دارد - "زمین" و یک ولتاژ مرجع.

در آن لحظه، زمانی که پالس ولتاژ روی خط از مجموع ولتاژ پیشروی دیود و ولتاژ مرجع تجاوز کند، دیودها آن را به شین تغذیه یا "زمین" هدایت می کنند. از مزایای این روش می توان به بار خازنی کم، زمان پاسخ سریع و دو جهته بودن (نسبت به ولتاژ مرجع) اشاره کرد.

با این حال، هنگام استفاده این روش، باید مد نظر قرار داده شود:

اولاً، عناصر گسسته معمولاً برای نوسانات جریان بالا مرتبط با تخلیه الکترواستاتیکی طراحی نمی شوند (یکسو کننده ها ناحیه اتصال کوچکی دارند و در صورت تجاوز از توان نامی ممکن است از کار بیفتند).

دوم، هدایت مجدد پالس به ریل منبع تغذیه می تواند به اجزای منبع تغذیه آسیب برساند.
مشکل تغییر مسیر نوسانات را می توان با افزودن یک دیود TVS به ریل برق حل کرد تا ولتاژ را به زمین هدایت کند و ولتاژ را زیر حداکثر مجاز برای آن منبع تغذیه گیره دهد.

پل با ظرفیت کم

روش سوم حفاظت با ظرفیت کم، پیکربندی پل، به شرح زیر است: یکسو کننده های پل برای کاهش بار خازنی موثر و همچنین هدایت جریان گذرای ورودی از طریق دیود TVS کار می کنند (شکل 6).

شکل 6. سوئیچینگ پشت به پشت دیودهای یکسو کننده

استفاده از این روش امکان محافظت از خطوط انتقال داده را در برابر تداخل مشترک و دیفرانسیل فراهم می کند. اما استفاده از این روش بر روی قطعات گسسته به دلایل فوق توصیه نمی شود.

راه حل ترجیحی در این مورد استفاده از یک دستگاه یکپارچه است که شامل انفجارهای اصلاحی در یک بسته است. پل دیودیو دیود TVS

انتخاب و کاربرد دیودهای TVS

برای اطمینان از مشخصات فنی و عملیاتی مورد نیاز تجهیزات، انتخاب و استفاده صحیح از دیودهای محافظ نیمه هادی (سرکوبگرها) نقش عمده ای را ایفا می کند. قابلیت اطمینان تجهیزات و خود دیودها به این بستگی دارد. به این ترتیب، دیودهای نیمه هادی TVSبرای هر دستگاه باید راضی کند الزامات زیر:
- مشخصات فنیو پارامترهای دیودها باید به گونه ای باشد که در صورت عدم وجود فرآیندهای گذرا، بر ویژگی ها تأثیر نگذارند.
بلوک های کاربردی و دستگاه هایی که در آنها استفاده می شود.
- سطح ولتاژ در حین عملکرد پالس گذرا در نقاط اتصال دیودهای محافظ باید تا حد امکان به سطح ولتاژی که قبل از اضافه بار عمل می کند نزدیک باشد.
- قابلیت اطمینان دیودهای TVS باید بالاتر از قابلیت اطمینان دستگاه های محافظت شده باشد.
- سرعت سرکوبگرها باید تا حد امکان بالا باشد تا بتوان حفاظت با کیفیت بالا را در نرخ های بالای تغییر در ولتاژ گذرا ارائه کرد.
- ابعاد و جرم دیودهای محافظ باید کمتر از ابعاد و جرم تجهیزات حفاظت شده باشد.
- پارامترها و ویژگی های دیودهای TVS باید الزامات مقاومت در برابر عوامل خارجی تجهیزات را برآورده کند و عمر مفیدی مطابق با این کلاس از تجهیزات داشته باشد.

طرح های حفاظت از سخت افزار

هنگام انتخاب دیودهای محافظ، اول از همه، پارامترهای پالس گذرا، یعنی دامنه ولتاژ، مدت زمان پالس و شکل آن تعیین می شود. پارامترهای مدار محافظت شده از شرایط زیر انتخاب می شوند: مقاومت فعال و / یا اندوکتانس مدار، و ویژگی های ولتاژی که در مدار عمل می کند در صورت عدم وجود یک پالس گذرا، و همچنین دامنه مجاز ولتاژ در مدار در زمان برخورد پالس گذرا.
دیود محافظ بر اساس مقدار محاسبه شده پیک توان P PPM با در نظر گرفتن مدت زمان پالس گذرا t p و شکل آن (شکل 1) و ولتاژ معکوس ثابت V WM انتخاب می شود که باید برابر با ولتاژ باشد. با در نظر گرفتن حداکثر تحمل، در مدار عمل می کند یا کمی از آن فراتر می رود.
اگر توان P PPM یک دیود TVS مطابق با نیاز مشخص شده کافی نباشد، دیودهای محافظ به صورت سری نصب می شوند، اوج قدرت دیودهای محافظ نصب شده به صورت سری خلاصه می شود. نصب دیودهای محافظ به تعداد نامحدود امکان پذیر است، اما باید در نظر داشت که میزان پخش در ولتاژ شکست V BR هر دیود نباید بیش از 5٪ باشد. برای توزیع یکنواخت بار روی عناصر متصل به سری، این نیاز باید در نظر گرفته شود. اگر دستیابی به حداکثر توان مورد نیاز دیودهای سری متصل غیرممکن باشد، اتصال موازی آنها مجاز است. هنگام در نظر گرفتن مدار، همچنین لازم است که دیودها را از نظر ولتاژ پالس محدودیت V C به طور دقیق مطابقت دهیم، که بارگذاری یکنواخت دیودها را از نظر قدرت تضمین می کند، نباید بیش از 20 میلی ولت متفاوت باشد. در عمل اغلب لازم است از اتصال مخلوط دیودها استفاده شود که کاملاً قابل قبول است.
مدارهای محافظت شده به مدارهای DC، مدارهای AC (متقارن یا نامتقارن) و همچنین مدارهای سیگنالی که اطلاعات را با استفاده از سیگنال های پالس تک قطبی یا دوقطبی (بالا یا دوقطبی) حمل می کنند، تقسیم می شوند. فرکانس پایینبر این اساس، لازم است طرح حفاظتی مورد نیاز و عناصر آن انتخاب شود.

طرح های حفاظتی یک سطحی

حفاظت از برق AC

همانطور که در شکل های 7 و 8 نشان داده شده است، می توان با روشن کردن دو دیود TVS نامتعادل، حفاظت از مدار AC را به دست آورد.

شکل 7 مدار حفاظت مدار با دیودهای TVS نامتقارن	شکل 8 مدار حفاظت مدار با دیودهای TVS نامتعادل

حفاظت در ورودی و خروجی ترانسفورماتور باعث کاهش سطح ولتاژ در خروجی آن می شود. اگر دیودهای یکسو کننده متصل به مدار پل در مدار AC وجود داشته باشد، حفاظت از آنها می تواند توسط یک دیود متقارن TVS زمانی که به مورب پل متصل است انجام شود (شکل 9).

شکل 9 مدار حفاظتی با دیود متقارن TVS موجود در مورب پل

با این حال، سرعت حفاظت در این مورد با زمان خاموش شدن دیودهای یکسو کننده تعیین می شود.

حفاظت از مدار DC

برای محافظت از مدارهای DC در برابر انواع مختلف اضافه بار ولتاژ، از دیودهای محافظ نامتعادل استفاده می شود.

شکل 10. طرح معمولی برای روشن کردن دیودهای TVS برای حفاظت IP

عدم تقارن دیودهای TVS امکان محافظت در سطوح مختلف پتانسیل را فراهم می کند که برای مدارهای DC معمول است. ولتاژ آستانه این دستگاه ها زیر سطح محدود کننده است و امکان قطع خودکار مدار DC را پس از عبور یک پالس ولتاژ فراهم می کند. زمان روشن شدن آنها کمتر از سریعترین گذرا است، که ترجیح استفاده از آنها را در مدارهای DC نیز تعیین می کند. یک طرح معمولی از دیودهای TVS برای محافظت از منابع تغذیه DC از اضافه بارهای ولتاژ الکتریکی در شکل 10 نشان داده شده است. در این حالت، دیودهای محافظ باید در ورودی هر مصرف کننده و خروجی منبع تغذیه روشن شوند.
برای محافظت در برابر اضافه ولتاژ عناصر کلیدی که در مدارهایی که بار القایی وجود دارد، دیودهای TVS به موازات عنصر محافظت شده همانطور که در شکل 11a نشان داده شده است یا موازی با بار در شکل 11b متصل می شوند.

برای حفاظت قابل اعتمادعنصر کلیدی در برابر اضافه بارهای ولتاژ خطرناک، مدار حفاظتی نشان داده شده در شکل 11c استفاده می شود.

شکل 11. طرح های حفاظت از عناصر کلیدی

یکی از شایع ترین علل خرابی دستگاه های الکترونیکی از جمله ترانزیستورهای ماسفت، ولتاژ اضافی تخلیه به منبع V DS است. بنابراین، هنگام تعویض بار القایی، ولتاژ اضافه رخ می دهد، در نتیجه از حداکثر ولتاژ مجاز V DS MOSFET ترانزیستور فراتر می رود، که باعث شکست بهمنی نیمه هادی و تخریب ترانزیستور می شود. یکی از روش های حفاظت ماسفت اتصال دیود محافظ بین درین و منبع می باشد.
گذرا در دروازه یک ماسفت اغلب به دلیل تخلیه الکتریسیته الکترواستاتیک (ESD) رخ می دهد. نصب یک سرکوبگر بین گیت و منبع، ترانزیستور را از گذراهای ورودی محافظت می کند (شکل 12). در این حالت توصیه می شود یک دیود محافظ با مقدار ولتاژ معکوس بالاتر از ولتاژ ورودی ماسفت نصب کنید.

شکل 12. حفاظت ماسفت

حفاظت از مدارهای انتقال داده و مدارهای AC فرکانس بالا

استفاده از دیودهای TVS می باشد تصمیم خوببرای محافظت از چنین مدارهایی انتخاب یک دیود محافظ به ماهیت سیگنال های فعال در مدارها (تک یا دو قطبی) و فرکانس تکرار آنها بستگی دارد.

شکل 13. حفاظت از خط داده

برای محافظت از مدارها با سیگنال های تک قطبی می توان از مدار دیود تک سر TVS که در شکل 13 نشان داده شده است استفاده کرد.دیودهای محافظ در هر مدار انتقال سیگنال گنجانده شده است. در صورت وجود سیگنال های دوقطبی در مدار، به جای دیودهای محافظ نامتقارن، از دیودهای متقارن TVS استفاده می شود.

شکل 14. محافظت از USB

شکل 14 مدار حفاظتی برای پورت های USB را نشان می دهد، به عنوان یک عنصر محافظ در مدار، می توانید از مونتاژ دیودهای محافظ سری PRTR5V0U2X (NXP) استفاده کنید که دارای ظرفیت خازنی کم و سرعت پاسخ دهی بالا است که در یک 4- ساخته شده است. بسته SOT4 پین. مجموعه دیود امکان محافظت از دو اتوبوس پرسرعت را بدون از دست دادن سیگنال فراهم می کند.

شکل 15. حفاظت از اتوبوس CAN

مدارهای حفاظتی نقش ویژه ای در الکترونیک خودرو دارند. شکل 15 طرح حفاظتی یک سیستم انتقال داده خودرو را بر اساس یک فرستنده گیرنده CAN با سرعت بالا از سری TJA1042 نشان می دهد. به عنوان یک عنصر از مدار محافظ، از مجموعه دیود سری PESD1CAN استفاده می شود که از دو خط محافظت می کند. مجموعه ای ساخته شده در بسته SOT23 که توسط NXP برای استفاده در الکترونیک خودرو ساخته شده است.

شکل 16. حفاظت از خطوط فرکانس بالا

یک طرح حفاظتی مشابه را می توان برای اتوبوس های LIN اعمال کرد، به عنوان مثال، با استفاده از یک مجموعه دیود در بسته SOD323 سری PESD1LIN. طراحی نامتقارن دیود به شما این امکان را می دهد که به طور موثر از الکترونیک خودرو محافظت کنید. NXP استفاده از دیودهای حفاظتی PESD1FLEX را در یک بسته کوچک برای SOT23 برای نصب SMD برای محافظت از اتوبوس پرسرعت خودرو با استاندارد FlexRay توصیه می‌کند.
در مدارهای فرکانس بالا، توصیه می شود از سرکوبگرهایی با ظرفیت کم استفاده کنید و برای کاهش ظرفیت، همانطور که قبلا ذکر شد، دیودهای پالسی با ظرفیت کوچک (دیودهای دارای مانع شاتکی) به صورت سری روشن می شوند، همانطور که در شکل نشان داده شده است. نمونه ای از حفاظت از مدار خطوط ارتباطی متعادل، شکل 16 a و b.

طرح های حفاظتی لایه ای

طرح های حفاظتی چند سطحی زمانی استفاده می شود که ارزش انرژی دیود محافظ از سطح مجاز تعیین شده برای آن فراتر رود. یک مثال معمولی از استفاده از حفاظت چند سطحی، حفاظت دو مرحله ای در خطوط ارتباطی متعادل است، که در آن دیودهای TVS در هر مدار خط به طور متقارن با توجه به یک گذرگاه زمین مشترک گنجانده شده است، همانطور که در شکل 17 a و b نشان داده شده است. برای حفاظت از مدارهای فرکانس پایین و فرکانس بالا. زمان عبور پالس جریان از طریق دیودهای TVS برابر است با زمان تاخیر خرابی برقگیرها که از 0.5-1 میکرو ثانیه تجاوز نمی کند.

شکل 17. طرح های حفاظتی لایه ای

انرژی جذب شده توسط دیود زیاد نیست و بخش اصلی انرژی ولتاژ توسط برقگیر جذب می شود. اگر مرحله دوم حفاظت وجود دارد، یک مقاومت محدود کننده اضافی باید در مدار گنجانده شود.

باید مد نظر قرار داده شود!

هنگام طراحی حفاظت برای دیودهای TVS، باید ظرفیت بالای آنها را در نظر گرفت که با توجه به طراحی و اصل عملکرد آنها تعیین می شود.

این خازن می تواند به طور قابل توجهی بر مدارهای سیگنال با شنت سیگنال، تحریف آن تأثیر بگذارد.

برنج. 18. وابستگی C به V (BR) برای یک سری از دیودهای TVS مجزا از سری 1.5KE6.8 - 1.5KE440CA (1N6267 - 1N6303A)

برای کاهش اثر ظرفیت، از روش هایی که در بالا توضیح داده شد استفاده می شود.

مقایسه عناصر حفاظت از نوسانات

همانطور که قبلا ذکر شد، عناصر اصلی حفاظت فعال عبارتند از دیودهای TVS (سرکوبگرهای ولتاژ گذرا)، وریستورها، تریستورهای TVS، برقگیرها و غیره.
بیایید ویژگی های عملکردی آنها را برای استفاده در مدارهای حفاظت از نوسانات مقایسه کنیم.

عنصر امنیتی	مزیت - فایده - سود - منفعت	ایرادات	موارد استفاده کنید
تخلیه کننده	ظرفیت کم مقاومت عایق بالا.	ولتاژ بالا وقوع ترشح عمر مفید کوتاه. قابلیت اطمینان پایین زمان قابل توجهی محرک شنتینگ مدار محافظت شده پس از عبور یک تکانه قیمت بالا.	حفاظت اولیه مخابرات و مدارهای قدرت اولین مرحله ترکیبی حفاظت.
واریستور	ارزش بالا جریان قابل قبول. قیمت پایین. طیف گسترده ای از جریان ها و ولتاژهای عملیاتی.	زمان محدود خدمات. بالا ولتاژ محدود خود بزرگ ظرفیت. مشکل SMD نصب و راه اندازی.	حفاظت ثانویه حفاظت از مدارهای قدرت و خودرو الکترونیک حفاظت الکترونیکی اجزای مدار چاپی هزینه ها اول و دوم صحنه ترکیب شده حفاظت.
تریستور TVS	در معرض تخریب نیست. عملکرد بالا. جریان کنترل بالا	رنج محدود شده ولتاژ کاری. شنتینگ مدار محافظت شده نیاز داشتن خلع درجه جریان مستقیم برای برگرداندن دستگاه به حالت غیر رسانا قیمت بالا.	اولیه و ثانویه حفاظت در مخابرات زنجیر
دیود TVS	محدودیت های ولتاژ پایین دوام و قابلیت اطمینان بالا. محدوده ولتاژ عملیاتی گسترده عملکرد بالا. ظرفیت خود کم. کیس های مناسب برای SMD نصب و راه اندازی. کم هزینه.	کم ارزش اسمی جریان ضربه ای	بهینه برای محافظت نیمه هادی اجزا بر روی تخته مدار. حفاظت ثانویه دفاع از الکترواستاتیک ترشح و گذرا فرآیندها پایانه وارد ترکیب شده وسایل حفاظتی

تولید کنندگان دیود محافظ

در بازار تولید کنندگان قطعات الکترونیکی نیمه هادی محافظ، موارد زیر وجود دارد: Vishay، NXP، STMicroelectronics، Diotec، Fairchildو غیره.

معروف ترین شرکت Vishay است. این شرکت از طریق خرید تعدادی از تولیدکنندگان یا واحدهای تولیدی آنها عناصر نیمه هادیمانند Siliconix، Telefunken، Infineon، General Semiconductor، Dale، Draloric، Sprague، Vitramon، Sfernice، BCcomponents، Beyschlag خطوط تولید خود را رشد و توسعه داده است.

STMicroelectronics یکی از بزرگترین شرکت های تولید کننده قطعات نیمه هادی است که در نتیجه ادغام دو شرکت میکروالکترونیک ایجاد شد: Società ایتالیا و Generale Semiconduttori (SGS) Microelettronica و Thomson Semiconduteurs فرانسوی.

Infineon، یک شرکت آلمانی که با تقسیم بخشی از شرکت زیمنس به یک شرکت مستقل تشکیل شده است، جایگاه خود را در این زمینه اشغال کرده است.
بازار قطعات الکترونیکی قدرت

Fairchild یک شرکت آمریکایی است که تا همین اواخر متعلق به National Semiconductor بود که در سال 1997 به یک شرکت مستقل تبدیل شد و دفتر مرکزی آن در مین قرار دارد.

ON-Semiconductors یکی دیگر از تولیدکنندگان آمریکایی قطعات الکترونیکی است. دفتر مرکزی این شرکت در فینیکس، آریزونا است.
در آگوست 1999 از موتورولا جدا شد.

NXP Semiconductors یکی از شرکت های نیمه هادی پیشرو است که توسط فیلیپس Semiconductors تأسیس شد و به عنوان یک شرکت مستقل در سال 2006 با بیش از 50 کارخانه در سراسر جهان شروع به فعالیت کرد. در محصولات تولید شده توسط NXP، می توانید تقریباً تمام اجزای نیمه هادی از دیودها، ترانزیستورهای عمومی و ترانزیستورهای ماسفت، یکی از بزرگترین خطوط میکروکنترلر (بیش از 300)، میکرو مدارهای سیستم های امنیتی بدون تماس (HITAG، MIFARE، I-CODE) را پیدا کنید. ، UCODE، NFC) و با تراشه های چند رسانه ای برای رمزگذارها و رمزگشاهای صوتی و تصویری و پردازنده Nexperia Hi-END پایان می یابد. حدود 300 مورد از دیودهای محافظ در کاتالوگ های NXP وجود دارد. دیودهای TVS در طرح ها و بسته بندی های مختلفی از SOT23 ساده تا SOIC های 20 پین در دسترس هستند. جدول 1 برخی از خانواده های دیودهای حفاظتی و ویژگی های مختصر آنها را فهرست می کند. در ترکیب با فن آوری های پیشرفته و رویکرد اروپایی به سازماندهی تولید، محصولات NXP را می توان در صنایع مختلف الکترونیکی که نیازهای بیشتری برای قابلیت اطمینان تجهیزات وجود دارد، استفاده کرد.

همچنین در بازار قطعات الکترونیکی روسیه، قطعات الکترونیکی تولید کنندگان مختلف شرقی با کیفیت مشکوک محصولات مانند دیودها، قطعات DC، Pan Jit و غیره رایج است.

نام	بسته	من RM حداکثر (mA)	عدد خطوط حفاظت	دلال محبت (W)	Vtype (AT)	Vobr (AT)
BZA100	SO20	2	18	-	6,8	5,25
BZA408B	SC-74	0,1	4	-	5,5	5
BZA820A	SC-88A	0,1	4	-	20	15
BZA956A	SO5	1	4	-	5,6	3
BZA956A VL	SO5	0,2	4	-	5,6	3
MMBZ12V AL	TO-236AB	0,005	1	40	12	8,5
PESD12VL1BA	SOD323	0,05	1	200	15,9	12
PESD1CAN	SOT23	0,05	2	200	27,8	24
PESD1FLEX	SOT23	50	-	200	27,8	24
PESD1LIN	SOD323	0,05	1	160	27,8	24
PESD24VL1BA	SOD323	0,05	1	200	27,8	24
PESD2CAN	SOT23	10	2	230	28	24
PESD3V3L1BA	SOD323	2	1	500	6,4	3,3
PESD5V0L1BA	SOD323	1	1	500	7,6	5
PESD5Z12	SOD523	10	-	200	-	12
PRTR5V0U1T	SOT23	0,1	1	-	-	3
PTVS10VS1UR	SOD123	0,6	-	400	18	3,3

جدول 1، دیودهای محافظ NXP

یکی دیگر از تولیدکنندگان پیشرو نیمه هادی دیوتک است. Diotec Semiconductor AG (Diotec) در سال 1973 در Heitersheim آلمان تاسیس شد. امروزه این شرکت تولید کننده پیشرو در دیودها و یکسو کننده های نیمه هادی استاندارد و قدرت است. به لطف استفاده از فناوری منحصر به فرد پلاسما EPOS خود که مشابه آن در دنیا وجود ندارد، محصولاتی با کیفیت بالا ارائه می دهد.
در ترکیب با فن آوری های پیشرفته و رویکرد آلمانی به سازمان تولید، محصولات دیوتک را می توان در شاخه های مختلف الکترونیک استفاده کرد، جایی که نیازهای بیشتری برای قابلیت اطمینان وجود دارد.
یکی از قوی ترین و پرتعدادترین خطوط تولید دیوتک دیودهای TVS (سرکوبگرهای ولتاژ گذرا) است که در این خط بیش از 1500 مورد وجود دارد که جدول 2 برخی از خطوط دیودهای محافظ و مشخصات مختصر آنها را نشان می دهد.

جدول 2. دیودهای Diotec TVS

P/N	قاب
		حداکثر توان پالس	ولتاژ تثبیت	حداکثر جریان معکوس	ولتاژ شکست
		P PPM سه شنبه	VWM AT	شناسه @ VWM mA	VBRmin V	VBRmax V	@ IT مادر
1.5KE10	D5.4x7.5	1500	8,1	10	9	11	1
1.5KE100	D5.4x7.5	1500	81	5	90	110	1
1.5SMCJ10	SMC	1500	10	5	11,1	13,5	1
1.5SMCJ100	SMC	1500	100	5	111	135	1
5KP10	D8x7.5	5000	10	10	11,1	14,1	1
5KP100	D8x7.5	5000	100	10	111	141	1
BYZ35A22	D13x10.7	-	-	-	19,8	24,2	100
BZW04-10	DO-15	400	10,2	5	11,4	12,6	1
BZW04-102	DO-15	400	102	5	114	126	1
BZW04-10B	DO-15	400	10,2	5	11,4	12,6	1
BZW06-10	DO-15	600	10,2	5	11,4	12,6	1
BZW06-102	DO-15	600	102	5	114	126	1
BZW06-10B	DO-15	600	10,2	5	11,4	12,6	1
P4KE10	DO-15	400	8,1	10	9	11	1
P4KE100	DO-15	400	81	5	90	110	1
P4SMAJ10	SMA	400	10	5	11,1	13,5	1
P4SMAJ100	SMA	400	100	5	111	135	1
P6KE10	DO-15	600	8,1	10	9	11	1
P6KE100	DO-15	600	81	5	90	110	1
P6SMBJ10	SMB	600	10	5	11,1	13,5	1
P6SMBJ100	SMB	600	100	5	111	135	1
SDA2AK	DO-213	300	0,5	1000	0,8	1	1
SDA4AK	DO-213	300	1	1000	1,6	2	1
TGL34-10	DO-213	150	8,1	10	9	11	1
TGL34-100	DO-213	150	81	5	90	110	1

علامت گذاری دیودهای Diotec TVS بر اساس سیستم های مختلف تعیین شده است:

تعیین بر اساس ولتاژ شکست: V BR: P4KE…, P6KE…, 1.5KE…, BYZ35…, BYZ50…, TGL34…, TGL41…, SDA2AK, SDA4AK، نامگذاری این موقعیت ها بر اساس ولتاژ شکست نامی است. ولتاژ نامی 5±% یا 10±% مجاز است، علاوه بر این، Diotec حداکثر ولتاژ تثبیت را برای هر نوع تنظیم می کند.

تعیین بر اساس ولتاژ تثبیت: V WM: BZW04…, BZW06…, 5KP…, P4AMAJ…, P6SMBJ…, 1.5SMCJ… نام این موارد بر اساس حداکثر مقدار ولتاژ تثبیت است. ولتاژ شکست مربوطه نیز با مشخصات تعیین می شود، اما نه با مقدار اسمی، بلکه با حداقل مقدار.

هنگام انتخاب طرح های حفاظتی برای دستگاه های الکترونیکی، باید برخی از توصیه های شرح داده شده در بالا را در نظر گرفت که یکی از مؤلفه های مهم در حفاظت است.
دستگاه های الکترونیکی کیفیت اقلام است. یک عنصر محافظ با کیفیت پایین نصب شده می تواند بر عملکرد تجهیزات گران قیمت تأثیر بگذارد یا آن را کاملاً غیرفعال کند. هنگام انتخاب عناصر محافظ، نباید تنها با قیمت هدایت شوید و قطعات الکترونیکی را فقط از تولید کنندگان قابل اعتماد خریداری کنید.

جدول 5 نمونه هایی از آنالوگ های دیودهای محافظ را از تولید کنندگان مختلف نشان می دهد.

جدول 3، نمونه هایی از آنالوگ دیودهای TVS از تولید کنندگان مختلف

نوعی از	سازنده	حداکثر V WMB	Min V BR V	V C V	I PPM A
P6SMBJ8.5A	دیوتک	8,5	9,4	14,4	41,7
P6SMB10A	ON نیمه هادی ها	8,55	9,5	14,5	41
SMBJ8.5A	نیمه ریز	8,5	9,44	14,4	41,7
SM6T10A	STMicroelectronics	8,55	9,5	14,5	41

تجربه استفاده از قطعات از شرکت‌های NXP و Diotec نشان داده است که می‌توان آنها را به راحتی در الکترونیک استفاده کرد، جایی که قطعات الکترونیکی سایر سازندگان معروف مانند Infineon، STMicroelectronics، Fairchaild، ON-Semiconductors، Vishay قبلاً استفاده می‌شدند و اغلب از آنها بیشتر است. پارامترهای کیفیت و قیمت این تولید کنندگان .

تخلیه کننده پر از گاز (GDT - لوله تخلیه گاز)

برقگیر پر شده با گاز (GDT - لوله تخلیه گاز) - دستگاهی که برای محدود کردن نوسانات ایجاد شده در مدارهای الکتریکیهنگام تعویض وسایل الکتریکی، در هنگام پدیده های جوی (به ویژه تخلیه رعد و برق) و غیره. معمولاً از یک لوله سرامیکی پر از گازهای بی اثر تشکیل شده است. برقگیرهای گاز در مقایسه با سایر دستگاه های حفاظت از نوسانات، قادرند مقادیر زیادی انرژی را هدر دهند و جریان هایی تا ده ها کیلو آمپر را تحمل کنند. نقطه ضعف اصلی تخلیه کننده های گاز زمان پاسخ نسبتا طولانی آنها (تا چند میکروثانیه) است که باعث می شود بهترین راه حل برای محافظت از رابط های پرسرعت نباشند. این مشکل با ایجاد مدارهای حفاظتی پیچیده حل می شود. با ترکیب یک برقگیر گاز و مثلاً یک دیود TVS.

آ

ب

شکل 19

طرح کار

هنگامی که تخلیه کننده گاز در حالت سکون است (ولتاژ کمتر از ولتاژ شکست است)، مقاومت داخلی تخلیه کننده گاز زیاد است و جریان را هدایت نمی کند.

هنگامی که ولتاژ بالاتر از ولتاژ شکست افزایش می یابد، مقاومت به شدت کاهش می یابد و تخلیه کننده گاز به حالت رسانا می رود. این حالت یک تخلیه درخشان است که در آن تخلیه کننده گاز جریانی در حدود 0.5 A مصرف می کند و ولتاژ بین الکترودها به حدود 100 ولت می رسد. علاوه بر این، یک تخلیه (قوس نور) در داخل تخلیه کننده گاز رخ می دهد که ولتاژ آن. تقریباً 20 ولت است و جریان جریان به ده ها کیلو آمپر می رسد. پس از مدتی، ولتاژ قوس ضعیف می شود، جریان متوقف می شود و برقگیر به حالت عادی می رود.

لازم به ذکر است که خود خازنی شکاف جرقه پر شده با گاز کم است. تغییرات قابل توجهی در سیگنال ایجاد نمی کند.

برنامه های کاربردی اصلی

برقگیرهای پر از گاز در تجهیزات مخابراتی، تلفن و تجهیزات انتقال استفاده می شود.

مزایای برقگیر

• ظرفیت کم
• توانایی اتلاف مقادیر زیادی انرژی
• مقاومت در برابر عوامل خارجی

Littelfuse طیف وسیعی از برقگیرهای پر از گاز را برای طیف گسترده ای از ولتاژها، برای نصب سطحی و سطحی (دو و سه الکترود) ارائه می دهد. Littelfuse همچنین برقگیرهای پر شده با گاز را با حفاظت حرارتی (Failsafe) تولید می کند که یک براکت بیرونی ترمواکتیو است. هنگامی که کیس بیش از حد گرم می شود، براکت تمام الکترودها را می بندد و شارژ به داخل زمین جریان می یابد و در نتیجه عملکرد دستگاه حفظ می شود.

سلسله	قاب	نمونه های بدون نام، V (DC)	آی مکس DC، A	Ipeak، A (8x20 میکروثانیه)	Сmax، pF	تعداد الکترودها	نتیجه گیری
CG5		90-600	5	5000	1.5	2	بدون مشتق محوری
SL0902A		90-600	5	5000	1.5	2	بدون مشتق
SL1002A		75-600	5	5000	1.2	2	بدون مشتق
SL1003A		90-500	10	10000	1.2	3	بدون مشتق شعاعی
SL1011A		75-600	5	5000	1.5	2	محوری بدون سرب

جدول 4

نمونه کاربردی برقگیر

منابع اصلی ازدحام با شبکه های کابلی- رعد و برق (پیکاپ الکترومغناطیسی از جریان تخلیه و تخلیه رعد و برق) و صنعتی (تغییر مصرف کنندگان و منابع قدرتمند، اضافه بار شبکه، گذرا در خطوط برق).

برخورد صاعقه به برج تلویزیونی به دلیل مقاومت محدود مدارهای زمین باعث افزایش ولتاژ در زمین برج (و بنابراین فرستنده و مدولاتور) نسبت به زمین دور (مثلاً زمین) می شود. مجموعه تجهیزات-استودیو /ASK/). مقدار اضافه بار بستگی به انرژی صاعقه و مقاومت پایه حفاظتی برج در برابر صاعقه دارد که بر اساس نوع و میزان رطوبت خاک تعیین می شود. آمار تعمیرات نشان می دهد که بدترین ترکیب (رعد و برق پرانرژی و زمین خشک) معمولاً در نیمه دوم تابستان حاصل می شود.

بسته به انرژی و طول تخلیه، طول خط بین ACK و فرستنده و روش قرار دادن آن، اضافه بار ناشی از تخلیه رعد و برق در خطوط بین برج و ACK معمولا از ده ها تا صدها متغیر است. ولت برای چند ده میکروثانیه. در برخی موارد (زمین سنگی، تابستان خشک، خط هوایی طولانی)، اضافه بارها می توانند در عرض صدها میکروثانیه به کیلوولت های زیادی برسد.

شکل 19. تشکیل یک ضربه رعد و برق
آ). مدار معادل برج تلویزیون و ACK
ب). شکل ولتاژ ضربه رعد و برق در کابل تنه

شکل 19a مدار معادل یک برج تلویزیونی متصل به ACK را نشان می دهد.

که در آن: L - اندوکتانس برج، С 2 - ظرفیت برج نسبت به زمین، С 1 - ظرفیت توزیع شده عناصر برج، R i - مقاومت اتصال به زمین برج، Rr - مقاومت اتصال به زمین ASC.

شکل 1.1b شکل پوشش پالس ولتاژ در کابل اصلی را نشان می دهد که برج تلویزیون و ASC را در هنگام تخلیه رعد و برق متصل می کند. اولین پیک پالس به دلیل ظرفیت C 1 است، دومی - به مدار LC 1 C 2.

بسته به پارامترهای برج و خط، مدت زمان پالس اول، به دلیل پیکاپ مستقیم الکترومغناطیسی روی خط، می تواند از صدها نانوثانیه تا چند میکروثانیه باشد و مدت زمان پالس دوم چندین برابر بیشتر است.

شکل 20. مدار معادل برای توزیع جریان صاعقه و
استرس ها

شکل 20 توزیع معادل جریان صاعقه را نشان می دهد که از مدارهای زمین و نوارهای کابل عبور می کند و ولتاژهای مربوطه را نشان می دهد.

که در آن: R k مقاومت کابل اصلی، Rb مقاومت برج، RASK مقاومت معادل مدارهای زمین سیگنال ASC، i 0 جریان تخلیه صاعقه، i k جریان ضربه رعد و برق در خط، i a جریانی است که توسط حفاظت در برابر صاعقه به زمین متصل می شود، i e جریان ضربه رعد و برق در خطوط پس از عبور از محافظ صاعقه است، ΔU اختلاف پتانسیل بین پایه های برج و ASC است، Vin ولتاژی است که به ورودی ASC تامین می شود. .

هنگامی که رعد و برق به برج برخورد می کند، جریان تخلیه i 0 تا حدی از طریق مقاومت زمینی برج R i زمین می شود و تا حدی وارد خط (i k) می شود. اختلاف پتانسیل بین زمین های برج و مجموعه سخت افزاری-استودیویی با پتانسیل زمین برج در لحظه تخلیه صاعقه تعیین می شود و ΔU = i 0 R i خواهد بود. با مقدار جریان تخلیه رعد و برق معمولی 20-100 کیلو آمپر (مقدار اوج) و مقاومت زمینی برج 0.1 اهم (به عنوان مثال)، اختلاف پتانسیل بین پایه ها 2-10 کیلو ولت خواهد بود که می تواند سیستم های کابلی و سیگنال را غیرفعال کند. دستگاه های تولید و انتقال
پتانسیل ضربه رعد و برق در خروجی ASC عمدتاً توسط جریان تخلیه وارد شده به خط و امپدانس ورودی ASC تعیین می شود:

Uin \u003d i x Rask

و هر چه کوچکتر باشد، مقاومت مدارهای زمین کمتر و مقاومت کابل و وسایل جداکننده / محافظ در مدار کابل بیشتر می شود.

یک طرح معمولی حفاظت از خط متعادل (شکل 21) شامل حفاظت فعلیو حفاظت از نوسانات به عنوان حفاظت جریان استفاده می شود انواع متفاوتفیوزها، مقاومت های برق. برقگیر، حفاظت نیمه هادی به عنوان حفاظت از اضافه ولتاژ استفاده می شود: دیودهای زنر، تریستورها.

شکل 21. طرح حفاظتی معمولی.

تخلیه کننده گاز (GDT - لوله تخلیه گاز) محافظ نسبتا سریع اولیه (80-200 ns) است که می تواند جریان های پالسی قابل توجهی (تا 20 کیلو آمپر) را خاموش کند و تخلیه یک پالس ولتاژ به زمین را هنگام رسیدن به U gdt تضمین می کند. (90-120 ولت).
حفاظت نیمه هادی (D) یک حفاظت ثانویه است و جذب تکانه های با ولتاژ کمتر از Ugdt را تضمین می کند و ولتاژ خروجی را به 20-30 ولت محدود می کند که برای اکثر دستگاه های آنالوگ ایمن است.
حفاظت نیمه هادی سرعت بالایی دارد (20-100 ns) و قادر است به سرعت به پالس های کوتاه پاسخ دهد.
اجزای حفاظتی نیمه هادی ظرفیت قابل توجهی دارند (صدها pF) که استفاده از آنها را به مدارهای صوتی آنالوگ محدود می کند.

نمونه عملکرد دستگاه حفاظت سری TRZ

شکل 22. شکل موج ولتاژ در قسمت های مختلف دستگاه حفاظت صاعقه TRZ-41AS:
آ). عملکرد ورودی، U در = 450 ولت؛ ب). ولتاژ در تخلیه کننده گاز، U gdt = 90 ولت؛
که در). ولتاژ در دیود زنر، U d \u003d 25 ولت؛ ز). ولتاژ خروجی.

البته مشکل محافظت از وسایل الکترونیکی در برابر نوسانات بسیار گسترده تر از آن چیزی است که در اینجا توضیح داده شده است و هر مورد خاص نیاز به بررسی ویژه و راه حل بهینه خود دارد. و در اینجا توصیف همه چیز غیرممکن است.

اما هدف این مجموعه آشنایی شما با راه حل های ممکن با استفاده از اجزای در نظر گرفته شده است.

بر اساس مواد: وب سایت های MicroEM http://microem.ru/ و Gamma http://www.gamma.spb.ru/

دیود محافظ (سرکوبگر) 1.5KE15CA

در میان همه تنوع دستگاه های نیمه هادی، احتمالا بزرگترین خانواده دیودها. دیودهای شاتکی، دیودهای گان، دیودهای زنر، ال ای دی، دیودهای نوری، دیودهای تونلیو خیلی بیشتر انواع متفاوتو زمینه های کاربردی

یکی از کلاس ها دیودهای نیمه هادیدر ادبیات ما PON (محدود کننده ولتاژ نیمه هادی) یا سرکوب کننده نامیده می شود. در ادبیات فنی خارجی از این نام استفاده می شود دیود TVS (تی فاسد V کهنسال اس سرکوب کننده). اغلب، دیودهای TVS توسط مارک های سازنده نامیده می شوند: TRANSIL، INSEL.

در ادبیات فنی و در بین آماتورهای رادیویی، یک سرکوبگر را می توان به طور متفاوت نامید: دیود محافظ، دیود زنر محدود کننده، دیود TVS، ترانسیل، محدود کننده ولتاژ، دیود محدود کننده. سرکوبگرها را اغلب می توان در منابع تغذیه سوئیچینگ یافت - در آنجا به عنوان حفاظت از اضافه ولتاژ برای مدار تغذیه شده در صورت نقص در منبع تغذیه سوئیچینگ عمل می کنند.

در نظر بگیرید که دیود TVS چیست، اصل عملکرد آن، در چه مدارهایی و برای چه اهدافی استفاده می شود.

دیودهای TVS در سال 1968 در ایالات متحده برای محافظت از تجهیزات صنعتی در برابر تخلیه الکتریسیته جوی ساخته شدند. در شرایط کار دستگاه های الکترونیکی برای مصارف صنعتی و خانگی، اهمیت زیادی به محافظت از این دستگاه ها در برابر ضربه های الکتریکی طبیعی داده می شود.

اغلب اوقات نوسانات ولتاژ و قدرت وجود دارد پست های ترانسفورماتور. در اینگونه موارد لوازم خانگیصدها شکست می خورد. از آنجایی که شرکت های صنعتی دارای حفاظت جامع هستند و ساختمان های مسکونی در این مورد کاملاً بدون محافظت هستند.

بر اساس برخی گزارش ها، خسارات ناشی از خرابی و متعاقباً تعمیر کلیه تجهیزات الکترونیکی در ایالات متحده بالغ بر 12 میلیارد دلار در سال است. کارشناسان در نظر گرفتند که در کشور ما این میزان ضرر و زیان مطابقت دارد.

برای محافظت از تجهیزات در برابر اثرات نوسانات الکتریکی، کلاسی از دستگاه های نیمه هادی به نام دیودهای TVS یا "سرکوبگرها" ساخته شد. گاهی اوقات در یک مکالمه می توانید بشنوید: فیوز دیود.

تعیین روی نمودار

در نمودارهای مداریک سرکوبگر (معروف به دیود محافظ) به شرح زیر تعیین می شود (VD1، VD2 - متقارن؛ VD3 - یک طرفه).

اصل عملکرد سرکوبگر (دیود محافظ).

دیودهای TVS دارای مشخصه جریان-ولتاژ غیر خطی مشخصی هستند. اگر دامنه ایمپالس الکتریکی از ولتاژ نامی نوع خاصی از دیود بیشتر شود، آنگاه به حالت شکست بهمن می رود. یعنی دیود TVS پالس ولتاژ را به مقدار نرمال محدود می کند و "مازاد" از طریق دیود به کیس (زمین) می رود. این فرآیند در شکل واضح تر به نظر می رسد.

تا زمانی که خطر خرابی دستگاه الکترونیکی وجود نداشته باشد، دیود TVS هیچ تأثیری بر عملکرد تجهیزات ندارد. این دستگاه نیمه هادی نسبت به محدود کننده هایی که در گذشته استفاده می شد زمان پاسخگویی سریع تری دارد.

دیودهای فیوز به صورت نامتعادل (یک جهته) و متقارن (دو جهته) در دسترس هستند. مدارهای متقارن می توانند در مدارهایی با ولتاژ دوقطبی کار کنند و مدارهای نامتقارن فقط با ولتاژ یک قطبی کار می کنند. یکی دیگر از نمودارهای اتصال معمولی (برای یک دیود دو طرفه).

برای یک سرکوبگر یک طرفه، مدار کمی متفاوت به نظر می رسد.

در صورت افزایش ولتاژ ورودی، دستگاه در مدت زمان بسیار کوتاهی مقاومت خود را کاهش می دهد. جریان در مدار به شدت افزایش می یابد و فیوز منفجر می شود. از آنجایی که suppressor خیلی سریع کار می کند، هیچ آسیبی به تجهیزات وارد نمی شود. انگدیودهای TVS است زمان بسیار کوتاهپاسخ ولتاژ اضافه این یکی از "تراشه های" دیودهای محافظ است.

پارامترهای الکتریکی پایه سرکوبگرها.

نمونه های U (V) مقدار ولتاژ شکست است. در اسناد فنی خارجی، این پارامتر به عنوان نشان داده شده است VBR (ولتاژ شکست). این مقدار ولتاژی است که در آن دیود به طور ناگهانی باز می شود و یک پالس جریان خطرناک را به سیم مشترک ("زمین") منحرف می کند.

من ارور میکنم (μA) - مقدار جریان معکوس مستقیم. این مقدار حداکثر جریان نشتی معکوس است که همه دیودها دارند. بسیار کوچک است و عملاً هیچ تأثیری در عملکرد مدار ندارد. نامگذاری دیگر - من آر (حداکثر جریان نشتی معکوس). همچنین می توان به آن I RM اشاره کرد.

تو آر (V) - ولتاژ معکوس ثابت. با مخفف انگلیسی مطابقت دارد V RWM (ولتاژ معکوس پیک کاری). ممکن است به عنوان V RM نامیده شود.

U محدود کنید بد (V) - حداکثر ولتاژ ضربه محدود کننده. در دیتاشیت ها به عنوان VCLیا V C - حداکثر ولتاژ بستنیا به سادگی ولتاژ بستن.

محدود کردم حداکثر (A) - حداکثر جریان پالس حداکثر. در زبان انگلیسی به آن می گویند IPP (حداکثر اوج جریان پالس). این مقدار حداکثر مقدار پالس فعلی را نشان می دهد که سرکوبگر می تواند بدون تخریب تحمل کند. برای سرکوبگرهای قدرتمند، این مقدار می تواند به چند صد آمپر برسد!

P imp. (وات) - حداکثر توان پالس مجاز. این پارامتر نشان می دهد که سرکوبگر چه مقدار توان را می تواند سرکوب کند. به یاد بیاورید که کلمه suppressor از کلمه انگلیسی گرفته شده است سرکوب کنندهکه در ترجمه به معنای سرکوبگر است. نام پارامتر خارجی اوج قدرت پالس (PPP).

مقدار حداکثر توان پالس را می توان با ضرب مقادیر حد U پیدا کرد. بد ( VCL) و من لیم. حداکثر ( IPP).

مشخصات جریان-ولتاژ یک دیود TVS متعادل و نامتعادل به شرح زیر است.

CVC یک دیود محافظ یک طرفه (سرکوبگر)

ویژگی IV یک سرکوبگر دو طرفه

نقطه ضعف بزرگ این دیودها را می توان وابستگی زیاد حداکثر توان پالس به مدت زمان پالس در نظر گرفت. معمولاً عملکرد یک دیود TVS زمانی در نظر گرفته می شود که یک پالس با حداقل زمان افزایش حدود 10 میکروثانیه و مدت زمان کوتاه به آن اعمال شود.

به عنوان مثال، با مدت زمان پالس 50 میکروثانیه، دیود SMBJ 12A جریان پالسی تقریباً چهار برابر جریان نامی را تحمل می کند.

اندازه کوچک بسیار خوب ثابت شده است دیودهای TRANSZORBسری TM 1.5KE6.8 - 1.5KE440 (C)A. آنها در هر دو نسخه متقارن و نامتقارن موجود هستند. برای یک دیود متقارن، حرف C یا CA به نام اضافه می شود. این سری دارای محدوده ولتاژ کاری بزرگ از 5.0 تا 376 ولت، زمان پاسخ کوتاه 1 * 10-9 ثانیه و توانایی سرکوب پالس های با توان بالا تا 1500 وات است. آنها خود را در طرح های حفاظتی تلویزیون، دیجیتال و سایر تجهیزات مدرن ثابت کرده اند.

دیودها در بسته بندی DO-201 تولید می شوند.

ابعاد بر حسب اینچ و میلی متر (در براکت) می باشد. سرکوبگرهای نامتقارن دارای یک حلقه علامت گذاری رنگی بر روی بدنه هستند که نزدیک ترمینال کاتد قرار دارد.

کیس علامت گذاری دیود محافظ را نشان می دهد که در آن پارامترهای اصلی آن رمزگذاری شده است.

دیودهای TRANSIL TM تامسون به طور گسترده ای برای محافظت از وسایل الکترونیکی خودرو در برابر نوسانات استفاده می شود. قوی ترین منبع تکانه های الکتریکی سیستم جرقه زنی است. یک دیود TRANSIL TM برای محافظت از استریو ماشین کافی است.

دیودهای دو طرفه TRANSIL TM 1.5KE440CA با موفقیت برای محافظت از تجهیزات الکترونیکی مصرفی در شبکه های 220 ولت استفاده می شود. استفاده از آنها برای محافظت از اشیایی که به آنها متصل هستند مؤثرتر است خطوط هوایی. در این حالت، هم از تکانه های الکتریکی جوی و هم از اضافه ولتاژهای ضربه ای در طول مدارهای قدرت محافظت می شود.

آندری کادوکوف

در شرایط عملیاتی واقعی تجهیزات الکترونیکی، انواع مختلفی از اضافه بارهای الکتریکی در مدارهای آن رخ می دهد که خطرناک ترین آنها اضافه بار ولتاژ (اضافه ولتاژ) ایجاد شده توسط تکانه های الکترومغناطیسی با منشاء طبیعی (به دلیل تخلیه قوی رعد و برق)، تکانه های الکترومغناطیسی با منشاء مصنوعی است. (به دلیل تشعشعات دستگاه های فرستنده رادیویی، خطوط انتقال فشار قوی، شبکه های برق دار راه آهنو غیره)، و همچنین به دلیل گذراهای داخلی در تجهیزات در حین کار آن (به عنوان مثال، هنگام تعویض بارهای القایی) و تخلیه های الکترواستاتیک (ESD).

تأثیر یک پالس الکترومغناطیسی (EMP) با منشاء طبیعی و مصنوعی بر روی قطعات الکترونیکی منجر به تغییر پارامترهای آنها به دلیل جذب مستقیم انرژی توسط آنها و تأثیر جریان ها و ولتاژهای القا شده در مدارهای پالس بر آنها می شود. به گفته شرکت جنرال نیمه هادی، زیان صنعت ایالات متحده ناشی از جهش ها به بیش از 10 میلیارد دلار در سال می رسد. با در نظر گرفتن عمر مفید تجهیزات الکترونیکی در روسیه، فرسودگی آن و عدم وجود الزامات سختگیرانه برای حفاظت از نوسانات، می توان فرض کرد که این تلفات در کشور ما با تلفات در ایالات متحده قابل مقایسه است.

حساس ترین به اثرات ولتاژها و جریان های پالسی ناشی از EMR با منشاء طبیعی و مصنوعی بر روی سیم ها و کابل ها، دستگاه های خروجی متصل به آنها هستند، در درجه اول آنهایی که روی آی سی ها و دستگاه های نیمه هادی گسسته ساخته می شوند.

حداقل انرژی که باعث آسیب عملکردی به دستگاه های نیمه هادی و آی سی ها می شود 10-2-10-7 ژول است.

برای محافظت از مدارهای تجهیزات در برابر اثرات اضافه بار الکتریکی می توان از روش های مختلفی استفاده کرد که اصلی ترین آنها عبارتند از: ساختاری، ساختاری-عملکردی، مداری.

جدول 1. مقایسه عناصر حفاظت از نوسانات

عنصر امنیتی	مزیت - فایده - سود - منفعت	ایرادات	نمونه هایی از استفاده
تخلیه کننده	مقدار بالای جریان مجاز ظرفیت کم مقاومت عایق بالا	ولتاژ تخلیه بالا. دوام و قابلیت اطمینان کم. زمان پاسخگویی قابل توجه مدار محافظت شده شنت شده است. پس از عبور از تکانه	حفاظت اولیه از مدارهای مخابراتی و قدرت. مرحله اول حفاظت ترکیبی
واریستور	مقدار بالای جریان مجاز قیمت پایین. طیف گسترده ای از جریان ها و ولتاژهای عملیاتی	عمر سرویس محدود. محدودیت ولتاژ بالا ظرفیت خود بالا مشکل تثبیت سطح	حفاظت ثانویه حفاظت از مدارهای قدرت و الکترونیک خودرو. حفاظت از قطعات الکترونیکی به طور مستقیم بر روی برد مدار چاپی. مرحله اول و دوم حفاظت ترکیبی
دیود TVS	محدودیت های ولتاژ پایین دوام و قابلیت اطمینان بالا. محدوده ولتاژ عملیاتی گسترده عملکرد بالا. ظرفیت خود کم. ایده آل برای نصب روی سطح	مقدار کم جریان ضربه نامی. هزینه نسبتا بالا	ایده آل برای محافظت از اجزای نیمه هادی بر روی بردهای مدار چاپی. حفاظت ثانویه محافظت در برابر ESD، BIN و گذراهای الکتریکی. مرحله پایانی در وسایل حفاظتی ترکیبی
تریستور TVS	در معرض تخریب نیست. عملکرد بالا. جریان کنترل بالا	محدوده ولتاژ کاری محدود مدار محافظت شده پس از عبور پالس شنت می شود	حفاظت اولیه و ثانویه در مدارهای مخابراتی

روش های حفاظت سازه عبارتند از: چیدمان و نصب منطقی اجزاء، حفاظ، زمین و غیره.

گروه روش های ساختاری-عملکردی شامل: انتخاب منطقی اصل عملکرد تجهیزات و انتخاب استانداردهای انتقال سیگنال مورد استفاده و غیره است.

روش های مدار شامل حفاظت غیرفعال و فعال است. موثرترین وسیله برای محافظت از تجهیزات در برابر قرار گرفتن در معرض EMI محافظت فعال است. عنصر اصلی مدارهای حفاظت فعال برقگیرها، وریستورهای اکسید فلز، تریستورهای TVS (سرکوبگر ولتاژ گذرا) و دیودهای TVS هستند که در ادبیات داخلی "سرکوبگرها"، "محدود کننده های ولتاژ نیمه هادی (STS)" یا "دیودهایی برای سرکوب گذرا" نامیده می شوند. (TSD) ". از آنجایی که این مقاله دستگاه های نیمه هادی سازندگان خارجی را توصیف می کند، ما از اصطلاح "دیودهای TVS" استفاده خواهیم کرد.

روی میز. 1 مقایسه ای از عناصر مختلف حفاظت از نوسانات فعال را نشان می دهد.

در خارج از کشور دیودهای TVS با نام های (علائم تجاری) Trans Zorb، Transil، Insel و ... شناخته می شوند.

در حال حاضر، تعدادی از تولید کنندگان دیودهای TVS را توسعه داده اند که با کمک آنها حفاظت از REA به طور کامل حل می شود. علاوه بر این، از ژانویه 1996، کمیته استاندارد اروپا (CENELEC) استانداردهایی را معرفی کرد که فروش تجهیزات بدون حفاظت را در بازار اتحادیه اروپا ممنوع می کند، که شامل دیودهای TVS می شود.

دیودهای نیمه هادی TVS دستگاه های نیمه هادی با مشخصه ولتاژ جریان غیر خطی مشخص هستند که ولتاژهای الکتریکی ضربه ای را که دامنه آن از ولتاژ شکست بهمنی دیود بیشتر است، سرکوب می کند.

در حالت عملکرد عادی، دیود TVS باید "نامرئی" باشد، یعنی تا زمانی که یک ضربه اضافه ولتاژ رخ ندهد، نباید بر عملکرد مدار محافظت شده تأثیر بگذارد. مشخصات الکتریکی دیود TVS به هیچ وجه نباید بر عملکرد عادی مدار تأثیر بگذارد.

در طول یک پالس اضافه ولتاژ، دیود TVS ولتاژ افزایش را به سطح ایمن محدود می کند در حالی که جریان خطرناک از طریق دیود به زمین می گذرد و مدار محافظت شده را دور می زند. اصل عملکرد دیود TVS در شکل نشان داده شده است. یکی

برنج. 1. اصل عملکرد دیود TVS

دیودهای TVS اغلب با دیودهای زنر سیلیکونی (دیودهای زنر) اشتباه گرفته می شوند. دیودهای TVS برای محافظت در برابر ولتاژهای موج قوی طراحی و در نظر گرفته شده اند، در حالی که دیودهای زنر سیلیکونی برای تنظیم ولتاژ طراحی شده اند و برای کار با بارهای ضربه ای قابل توجه طراحی نشده اند.

دیود TVS برخلاف برقگیرهای تخلیه گاز (رسترها) از سرعت بالایی برخوردار است که به دلیل زمان پاسخ دهی قابل توجه (بیش از 0.15 میکروثانیه) مشکل محافظت از بسیاری از دستگاه های نیمه هادی و ریز مدارها را از زمان اولیه حل نمی کند. افزایش ولتاژ عبوری توسط برقگیرها برای آنها غیرقابل قبول است.

مزیت دیودهای TVS نسبت به برقگیرها این است که ولتاژ شکست آنها کمتر از ولتاژ محدود است (برای برقگیرها بسیار بیشتر از ولتاژ نگهداری تخلیه است) بنابراین هنگام استفاده از آنها مدارهای محافظت شده توسط آنها پس از عبور شنت نمی شوند. یک پالس جریان گذرا، همانطور که در مورد تخلیه کننده ها وجود دارد.

زمان پاسخ برای دیودهای TVS نامتعادل کمتر از 10-12 ثانیه و برای دیودهای متقارن کمتر از 5x10-9 ثانیه است. این به آنها اجازه می دهد تا برای محافظت از مدارهای RF مختلف، که شامل دستگاه های نیمه هادی حساس به گذرا و مدارهای مجتمع هستند، استفاده شوند.

یکی دیگر از ویژگی های مهم دیودهای TVS، ظرفیت مانع اتصال p-n است. دیودهای TVS با ظرفیت پایین (С=90–100 pF) برای محافظت از خطوط ارتباطی AC با فرکانس حداکثر 100 مگاهرتز در برابر نوسانات ولتاژ استفاده می شود.

مشخصات جریان ولتاژ دیودهای TVS و نمادهای مدار آنها در شکل نشان داده شده است. 1-3.

برنج. 2. CVC یک دیود TVS تک سر

برنج. 3. CVC یک دیود متقارن TVS

پارامترهای اصلی الکتریکی دیودهای TVS

نمونه های U در I T (V (BR))، V- مقدار ولتاژ شکست در جریان شکست آزمایشی معین I T؛

من ارور میکنم (ID) ، mka- مقدار جریان معکوس مستقیمی که از دستگاه در جهت مخالف با ولتاژی برابر با V arr عبور می کند. ;

V arr. (VWM)، V- ولتاژ معکوس ثابت (مطابق با این پارامتر، نوع محدود کننده انتخاب می شود).

حد V بد حداکثر (V C)، B- حداکثر ولتاژ پالس محدود کننده در حداکثر جریان پالس برای مدت زمان معین، چرخه کار، شکل پالس و دما محیط;

R imp. حداکثر (Pppm)، W- حداکثر توان پالس مجاز تلف شده توسط دستگاه، برای یک شکل معین، چرخه کار، مدت زمان پالس و دمای محیط.

جدول 2. محدودیت های عملکرد

توجه داشته باشید.

1. با یک پالس جریان و در دمای 25 درجه سانتی گراد.
2. هنگامی که در معرض یک پالس واحد به شکل نیم موج سینوسی با مدت زمان 8.3 میلی ثانیه یا معادل آن قرار می گیرد اندازه گیری می شود. پالس مستطیلیبا حداکثر نرخ تکرار پالس 4 پالس در دقیقه (روش JEDEC)
3. V F = 3.5 ولت برای دیودهای با V (BR)< 220 B, и VF = 5,0 B макс. для диодов с V (BR) >220 B.

جدول 3. پارامترهای الکتریکی

توجه داشته باشید.جدول فقط پارامترهای دیودهایی با حداقل و حداکثر مقادیر V (BR) را نشان می دهد.

نوع دیود TVS برای یک برنامه خاص بر اساس مقدار محاسبه شده P imp انتخاب می شود. حداکثر با در نظر گرفتن مدت زمان پالس و شکل آن. در همان زمان، V arr. با در نظر گرفتن حداکثر تحمل، باید برابر یا بیشتر از ولتاژ موجود در مدار باشد.

معمولا P imp. حداکثر محاسبه شده با در نظر گرفتن تأثیر پالس - 10/1000 µs (t f = 10 µs، t و = 1000 µs) نشان داده شده در شکل. چهار

برنج. چهار

اما در شرایط عملیاتی واقعی، بسته به ماهیت اضافه ولتاژ، پارامترهای پالس ممکن است مقادیر دیگری داشته باشند. بنابراین بسیاری از استانداردهای بین المللی و ملی پارامترهای پالس دیگری را مشخص می کنند. به عنوان مثال، در استاندارد IEC 801-5 برای خطوط داده، یک پالس اضافه ولتاژ با شکل موج 1.2/50 میلی ثانیه توضیح داده شده است.

شکل 5 وابستگی حداکثر توان موج مجاز به مدت زمان پالس اضافه ولتاژ را برای دیود TRANSZORB TVS نوع SMBJ12A با P imp را نشان می دهد. حداکثر = 600 وات به طور معمول، سازندگان نمودارهای مشابهی را در مشخصات انواع و سری دیودهای TVS ارائه می دهند. این نمودار نشان می دهد که با افزایش مدت زمان پالس اضافه ولتاژ بیش از 1000 میکرو ثانیه، مقدار حداکثر توان پالس مجاز دیود TVS کاهش می یابد و بالعکس، با کاهش مدت زمان، حداکثر توان مجاز افزایش می یابد. هنگامی که در معرض پالس های کوتاه تر قرار می گیرد، دیود TVS جریان پالس (IP) بالاتری را تحمل می کند. دیود SMBJ12A TVS با مدت زمان پالس 50 میلی ثانیه، جریان پالسی 3.5 برابر جریان نامی را تحمل می کند.

برنج. 5. وابستگی حداکثر توان پالس مجاز به مدت زمان پالس اضافه ولتاژ

از این روش می توان برای محاسبه مقادیر حداکثر توان مجاز و جریان پالس دیودهای TVS با هر مقدار اسمی P imp استفاده کرد. حداکثر (400 وات، 500 وات، 1.5 کیلو وات، 5 کیلووات).

اگر قدرت یک دیود TVS الزامات مشخص شده برای Rimp را برآورده نمی کند. حداکثر، آنها به صورت سری متصل می شوند. با اتصال دو دیود TVS به صورت سری، برق دو برابر می شود و به همین ترتیب هر تعداد دیود TVS را می توان به صورت سری وصل کرد. در این مورد، گسترش بیش از نمونه V. هر دستگاه نباید از 5% تجاوز کند که بار مساوی را در دستگاه های متصل به صورت سری تضمین می کند. اگر رسیدن به آن غیر ممکن است قدرت مورد نیازدر صورت اتصال سری، اتصال موازی مجاز است. برای حجم کاری تضمین شده دستگاه ها از نظر توان، هماهنگی دقیق آنها بر اساس حد V ضروری است. (بیشتر از 20 میلی ولت). اتصال ترکیبی دیودهای TVS نیز مجاز است.

دیودهای TVS همراه با هدف اصلی می توانند به عنوان دیود زنر (دیود زنر) استفاده شوند. در این مورد، داده های اضافی در مورد مقادیر حداکثر مجاز اتلاف توان ثابت و مقاومت های دینامیکی در حداقل و حداکثر جریان مورد نیاز است.

در خارج از کشور، دیودهای TVS اولین بار در سال 1968 توسط GSI (General Semiconductor Industries) برای محافظت از دستگاه های ارتباطی در برابر تخلیه رعد و برق ساخته شدند. بعداً این شرکت دیودهای TVS را با ولتاژ شکست از 6.8 تا 200 ولت با توان پالس 1.5 کیلو وات برای محافظت از تجهیزات هوانوردی، تجهیزات ارتباطی در برابر اثرات تشعشعات الکترومغناطیسی مصنوعی، برای محافظت از ریز مدارها در برابر بارهای ولتاژ الکتریکی داخلی، از الکتریسیته ساکن ایجاد کرد. و همچنین دیودهای TVS با اندوکتانس و خازن کم. در حال حاضر حدود 3000 نوع دیود TVS با توان پالسی 0.15 تا 60 کیلو وات برای ولتاژ شکست از 6.0 تا 3000 ولت در جهان تولید می شود.

دیودهای TRANSZORB TVS از جنرال نیمه هادی

دیودهای TRANSZORB® TVS از جنرال نیمه هادی در طرح های مختلفی متناسب با شرایط عملیاتی و کاربردها در دسترس هستند. دیودهای گسسته در یک محفظه پلاستیکی با سیم های انعطاف پذیر طراحی شده برای نصب از طریق سوراخ با حداکثر توان پالس مجاز 400 وات، 500 وات، 600 وات، 1.5 کیلو وات و 5 کیلووات در دسترس هستند. دیودهایی با بالاترین مقادیر حداکثر توان پالس مجاز معمولاً برای نصب در مدارهای قدرت استفاده می شوند. در توان های پایین تر، برنامه های با چگالی بالا از دیودها و آرایه های دیودی استفاده می کنند که هم در بسته های DIP و هم در بسته های نصب سطحی موجود هستند. آنها با حداکثر توان پالس مجاز 400 وات، 500 وات، 600 وات، 1.5 کیلو وات و 5 کیلووات در دسترس هستند. مجموعه های دیودمعمولاً در خطوط داده برای محافظت از پورت های I/O در برابر ESD استفاده می شود. علاوه بر این، دیودهای تخصصی کم ظرفیت TVS برای استفاده در مدارهایی با سرعت داده بالا در دسترس هستند تا از تضعیف سیگنال های مفید جلوگیری شود. دیودهای TRANSZORB® TVS برای کار در مدارهایی با ولتاژهای کاری از 5 تا 376 ولت در دسترس هستند. با توجه به طیف گسترده ولتاژهای عملیاتی احتمالی و توان مجاز (و همچنین اضافه ولتاژها)، دیودهای TRANSZORB TVS در مدارهای الکترونیکی مختلف استفاده می شوند. برنامه های کاربردی.

دیودهای تلویزیون گسسته TRANSZORB®

دیودهای TVS گسسته TRANSZORB برای محافظت از قطعات الکترونیکی حساس در برابر نوسانات ناشی از تخلیه الکتریکی، ارتباطی و رعد و برق طراحی شده اند. تمام سری های دیودهای مجزا TVS با سرب های انعطاف پذیر برای نصب در سوراخ ها، در یک محفظه پلاستیکی با محافظت از اتصال نیمه هادی توسط یک لایه شیشه ای غیرفعال تولید می شوند. دمای لحیم کاری توصیه شده برای دیودها 265 درجه سانتیگراد در 10 ثانیه است.

آنها با طیف گسترده ای از ولتاژهای عملیاتی (از 5.0 تا 376 ولت) و ولتاژهای محدود (از 6.0 تا 440 ولت)، زمان پاسخ کوتاه (برای دیودهای متقارن - 1x10-9 ثانیه)، توانایی سرکوب تکانه های افزایش توان بالا مشخص می شوند. (تا 1500 وات با شکل پالس 10/1000 میکرو ثانیه). این اجازه می دهد تا از آنها برای محافظت از تجهیزات مخابراتی، رابط های دیجیتال و غیره در یک محیط نامطلوب الکترومغناطیسی استفاده شود.

TRANSZORB® TVS Diodes Series 1.5KE6.8–1.5KE440CA (1N6267–1N6303A)

دیودهای سری 1.5KE6.8–1.5KE440CA در نسخه های متقارن و نامتقارن موجود هستند. در تعیین یک دیود متقارن، پسوند C یا CA اضافه می شود. به عنوان مثال، 1.5KE6.8C، 1.5KE440CA. سری 1N6267-1N6303A فقط در نسخه های تکی موجود است.

TRANSZORB® TVS Diodes ICTE 5.0-ICTE 15C Series (1N6273-1N6377 and 1N6382-1N6385)

دیودها در طرح های متقارن و نامتقارن موجود هستند. پارامترهای الکتریکی دیودهای نامتقارن و متقارن این سری در جدول نشان داده شده است. 4 و 5.

جدول 4. پارامترهای الکتریکی دیودهای تک سر

نوع (JEDEC)	نوع (نیمه هادی عمومی)
1N6373 (2)	ICTE-5 (2)	5.0	6,0	300	7,1	7,5	160
1N6374	ICTE-8	8,0	9,4	25,0	11,3	11,5	100
1N6375	ICTE-10	10,0	11,7	2,0	13,7	14,1	90
1N6376	ICTE-12	12,0	14,1	2,0	16,1	16,5	70
1N6377	ICTE-15	15,0	17,6	2,0	20,1	20,6	60

جدول 5. پارامترهای الکتریکی دیودهای نامتعادل

نوع (JEDEC)	نوع (نیمه هادی عمومی)	ولتاژ معکوس DC V WM (B)	حداقل (3) ولتاژ شکست در 1 میلی آمپر ولت (BR) (B)	حداکثر arr جریان در V WM I D (μA)	حداکثر ولتاژ بستن در I PPM = 1.0 A V C (V)	حداکثر ولتاژ بستن در I PPM = 10 A V C (B)	حداکثر بد محدود کننده جریان I PPM (A)
1N6382	ICTE-8C	8,0	9,4	50,0	11,4	11,6	100
1N6383	ICTE-10C	10,0	11,7	2,0	14,1	14,5	90
1N6384	ICTE-12C	12,0	14,1	2,0	16,7	17,1	70
1N6385	ICTE-15C	15,0	17,6	2,0	20,8	21,4	60

جدول 6. پارامترهای الکتریکی دیودهای متقارن

توجه داشته باشید.

1. دیودهای متقارن در نام گذاری دارای پسوند "C" هستند.
2. دیودهای ICTE-5 و 1N6373 فقط در نسخه تکی موجود هستند.
3. حداقل ولتاژ شکست مشخص شده دارای تحمل 1± ولت است.
4. ضریب محدودیت (حد K): با توانی برابر R imp.max از 1.33 تجاوز نمی کند و در 0.5 R imp.max از 1.2 تجاوز نمی کند. به مرز - نسبت V C / V BR .

ترسیم ابعادی، محدودیت های عملکرد مشابه سری 1.5KE6.8-1.5KE440CA (1N6267-1N6303A).

نامگذاری دیود 1N6273-1N6377 و 1N6382-1N6385 با نامگذاری سری 1Nxx مطابقت دارد.

نماد دیودهای سری ICTE-5.0 - ICTE-15C

نمودارهایی که حداکثر توان پالس مجاز (Pppm) در مقابل عرض پالس (td) و Pppm (Ipp) در مقابل دمای محیط (T) را نشان می‌دهند مشابه دیودهای سری 1.5KE6.8-1.5KE440CA (1N6267-1N6303A) هستند.

برنج. 9. وابستگی C به V(BR) برای دیودهای TVS گسسته تک سر سری ICTE5.0 - ICTE15 (1N6273 - 1N6377)

سرکوب کننده چیست

سرکوب کنندهاین یکی از انواع دیودهای نیمه هادی است.
و از نظر عملکرد آن بیشتر شبیه دیود زنر است: همچنین در یک ولتاژ مشخص باز می شود.

سرکوبگرهادر سال 1968 در ایالات متحده آمریکا برای محافظت از تجهیزات صنعتی در برابر تخلیه الکتریسیته اتمسفر ایجاد شد. در شرایط کار دستگاه های الکترونیکی برای مصارف صنعتی و خانگی، اهمیت زیادی به محافظت از این دستگاه ها در برابر ضربه های الکتریکی طبیعی داده می شود.

اغلب اوقات در پست های ترانسفورماتور برق نوسانات ولتاژ وجود دارد. در چنین مواردی، صدها لوازم خانگی از کار می افتند. شرکت های صنعتی دارای حفاظت همه جانبه هستند، اما ساختمان های مسکونی در این مورد کاملاً بدون حفاظت هستند.

بر اساس برخی گزارش ها، خسارات ناشی از خرابی و تعمیر بعدی کلیه تجهیزات الکترونیکی در ایالات متحده به حدود 12 میلیارد دلار در سال می رسد. کارشناسان در نظر گرفتند که در کشور ما این میزان ضرر و زیان مطابقت دارد.

برای محافظت از تجهیزات در برابر اثرات نوسانات الکتریکی، کلاسی از دستگاه های نیمه هادی به نام دیودهای TVS یا "سرکوبگرها" ساخته شد. گاهی اوقات در یک مکالمه می توانید بشنوید: فیوز دیود.

نام دیود TVS به عنوان Vransient V ولتاژ S ترجمه می شود سرکوب کننده: محدود کننده ولتاژ نیمه هادی

تعیین سرکوبگر در نمودارها

سرکوبگرها انواع مختلفی دارند، به عنوان مثال: آنها می توانند یک طرفه و دو طرفه باشند. و در نمودارهای الکتریکیسرکوبگرها به شرح زیر تعیین می شوند:

پارامترهای الکتریکی اصلی سرکوبگرها

نمونه های U (V) مقدار ولتاژ شکست است. در اسناد فنی خارجی، این پارامتر به عنوان نشان داده شده است VBR (ولتاژ شکست). این مقدار ولتاژی است که در آن دیود به طور ناگهانی باز می شود و یک پالس جریان خطرناک را به سیم مشترک ("زمین") منحرف می کند.

من ارور میکنم (μA) - مقدار جریان معکوس مستقیم. این مقدار حداکثر جریان نشتی معکوس است که همه دیودها دارند. بسیار کوچک است و عملاً هیچ تأثیری در عملکرد مدار ندارد. نامگذاری دیگر - من آر (حداکثر جریان نشتی معکوس). همچنین می توان به آن I RM اشاره کرد.

تو آر (V) - ولتاژ معکوس ثابت. با مخفف انگلیسی مطابقت دارد V RWM(ولتاژ معکوس پیک کاری). ممکن است به عنوان V RM نامیده شود.

U محدود کنید بد (V) - حداکثر ولتاژ ضربه محدود کننده. در دیتاشیت ها به عنوان VCLیا V C - حداکثر ولتاژ بستنیا به سادگی ولتاژ بستن.

محدود کردم حداکثر (A) - حداکثر جریان پالس حداکثر. در زبان انگلیسی به آن می گویند IPP (حداکثر اوج جریان پالس). این مقدار حداکثر مقدار پالس فعلی را نشان می دهد که سرکوبگر می تواند بدون تخریب تحمل کند. برای سرکوبگرهای قدرتمند، این مقدار می تواند به چند صد آمپر برسد!

P imp. (وات) - حداکثر توان پالس مجاز. این پارامتر نشان می دهد که سرکوبگر چه مقدار توان را می تواند سرکوب کند. به یاد بیاورید که کلمه suppressor از کلمه انگلیسی گرفته شده است سرکوب کنندهکه در ترجمه به معنای سرکوبگر است. نام پارامتر خارجی اوج قدرت پالس (PPP).

مقدار حداکثر توان پالس را می توان با ضرب مقادیر حد U پیدا کرد. بد ( VCL) و من لیم. حداکثر ( IPP).

ویژگی های ولت آمپر سرکوبگرها

ویژگی های I-V دیودهای محدود کننده به شرح زیر است:
برای سرکوبگر یک طرفه

برای سرکوبگر دو جهته

نقطه ضعف بزرگ این دیودها را می توان وابستگی زیاد حداکثر توان پالس به مدت زمان پالس در نظر گرفت. معمولاً عملکرد یک دیود TVS زمانی در نظر گرفته می شود که یک پالس با حداقل زمان افزایش حدود 10 میکروثانیه و مدت زمان کوتاه به آن اعمال شود.

طرح های سوئیچینگ سرکوبگر

یکی از طرح های ممکن برای روشن کردن سرکوبگر:

در این مورد، به این صورت معلوم می شود: یک دیود محدود کننده (سرکوبگر) VD1 بین دو منبع ولتاژ نصب شده است. در صورت وجود یک پالس بزرگ حداقل در یک ورودی، آن را می شکند، که منجر به سوختن فیوزهای F1 یا F2 می شود. در تجهیزات رادیویی صنعتی، مقاومت های سرامیکی کم اهم می توانند نقش فیوز را ایفا کنند.