Optimerat skydd av strömförsörjningsbussar för hög ström med mindre lödning

Strömförsörjningsskydd av likströmsbussar för hög ström med genomgående hål kräver vanligtvis två lödningar i tillverkningsprocessen. Separata dioder för dämpning av transientspänningar (TVS) i DFN-kapsling från Bourns Inc. har en ytmonterad design som eliminerar lödning på undersidan i moderna konstruktioner med skyddskomponenter för hög ström.

När ett system ska förses med strömförsörjningsskydd utförs en noggrann undersökning för att fastställa vilka potentiella hot som finns mot kretsens komponenter. När det gäller TVS-komponenter med hög effekt (PTVS) eller spänningsspärrar är dioden klassificerad baserat på den tid som överspänningen inträffar och den maximala ström från oberoende strömförsörjningar som den kan hantera. Att minska spänningens amplitud samtidigt som strömmen avleds är avgörande under den tid som överspänningen pågår.

Skydd mot överspänning - som kan uppstå till följd av transienter på kraftledningar, ljusbågar i motorer, blixtnedslag och elektrostatiska urladdningar (ESD) - eliminerar behovet av att reparera och byta ut viktiga skadade komponenter.

Bourns är världsledande inom kretsskydd och har ett stort sortiment av komponenter för skydd mot överspänningar och överström, inklusive skydd med låg kapacitans.

Ständigt på vakt, med ett ständigt skydd av viktiga komponenter

När de fungerar som de ska, ska skyddskomponenter för strömförsörjningen inte märkas förrän ett fel bevisar att de är nödvändiga. Skyddet måste dock vara tillräckligt, annars förblir systemet sårbart och det finns risk för allvarliga skador. Det kan bli dyrt, då det kan orsaka driftstopp eller underhållsbehov.

Telekommunikationsföretag som använder växel- eller likströmsaggregat måste alltid skyddas mot händelser som indirekta blixtnedslag och överspänningar på kraftledningar.

PTVS-enheter i DFN-kapsling från Bourns har många funktioner som både skyddar effektivt och optimalt i en mängd olika signal- och strömförsörjningskretsar.

PTVS2-058C-H är en ytmonterad diod för allmänt bruk i serien PTVS och uppfyller kraven för ROHS3 (figur 1). Med en överspänningskapacitet på 2 kA, 8/20 µs, har den en upprepad brytspänning på 22 till 86 V och en dubbelriktad TVS. Skydd av likströmsbussar med höga strömmar och tålighet mot blixtnedslag samt induktiva och transienta överspänningar upp till de nominella gränsvärdena gör PTVS2-058C-H till en av de bästa TVS-dioderna för hög ström.

Figur 1: PVTS-diod i serien PTVS2-058C-H som har utmärkt prestanda i ett stort temperaturområde. (Bildkälla: Bourns)

Definiera terminologin för uppgiften

Den specifika terminologin blir tydlig när man undersöker TVS-dioder - att lära sig grunderna kan göra det mycket lättare att hitta de rätta skyddskomponenterna:

• Toppulsström (IPP): Den maximala transientström som en diod kan hantera utan att skadas.
• Spärrspänning (VC): Den maximala spänningen över skyddskretsen för en given toppulsström.
• Upprepad omvänd brytspänning (VWM): Detta är det normala gränsvärdet för driftspänning, även kallad maximal toppspänning vid drift. Den applicerade spänningen över dioden är lägre än gränsvärdet till följd av kretsskyddet som tillhandahålls av TVS-diodens höga impedans.
• Genombrottsspänning (VBR): Det här är det gränsvärde då TVS-dioden börjar leda en specificerad ström och det får inte överstiga det högsta värdet för den skyddade integrerade kretsen.

Många skyddsnivåer behövs

När det gäller felsökning av potentiella fel kommer det alltid att finnas alternativ.

En krets behöver vanligtvis många olika typer och nivåer av skydd. För kretsar som behöver fler än två nivåer av skydd mot transienter på inspänningen, ger samordningen av komponenternas funktioner dessutom en högre skyddsnivå så att komponenterna kan uppnå optimala prestanda.

PTVS-dioder, som är en spärrkomponent, förhindrar att spänningen överstiger förinställda nivåer genom att dämpa transienta startspänningar eller induktiva transienta spänningar, och spärrfunktionen återgår när överspänningen försvinner. En TVS-spärr är en bipolär övergång av kisel. Den liknar en Zener-diod men den kan klara en omvänd genombrottsspänning och avleda en relativt kort transient händelse.

Den spärrande TVS-dioden skiljer sig från en överspänningsavledare, som håller spänningen över den egna komponenten låg tills överspänningen passerat.

Förutom kisel kan spärrkomponenter konstrueras med hjälp av en metalloxidvaristor (MOV), en dubbelriktad halvledare som dämpar spänningstransienter. Vanligtvis minskar spänningen över enheten när strömmen genom den ökar. Jämfört med en PTVS-diod gör en metalloxidvaristor att spänningen sjunker och förblir konstant när strömmen fortsätter att öka efter en första kortvarig topp. PTVS-dioden har dessutom en mycket lägre spärrspänning än en metalloxidvaristor för samma transientström.

Den ytmonterade dioden ESD9B5.0ST5G (figur 2) ingår i serien ESD9B, som är konstruerad för att skydda känsliga komponenter från elektrostatiska urladdningar (ESD) med lågt läckage, snabba svarstider och utmärkt spärrförmåga. Den lilla storleken gör den väl lämpad för mobiltelefoner, MP3-spelare och många andra bärbara tillämpningar där det är ont om plats på kretskortet.

Figur 2: Med sina små yttermått på 1 x 0,6 mm och en låg höjd på 0,4 mm är ESD9B5.0ST5G från onsemi perfekt för dagens miniatyrkomponenter. (Bildkälla: Bourns)

Hur man väljer rätt diod

De flesta leverantörer av PTVS-dioder har allmänna riktlinjer för val av diod i sina datablad. När man väljer en diod är det oftast egenskaperna hos den krets som behöver skyddas elektriskt och kretsens teststandard som är avgörande. Den standard som oftast används är IEC 61000-4-5.

När du väljer en PTVS-diod bör du överväga en diod med en brytspänning som är högre än tillämpningens förväntade driftspänning. Ta reda på den absolut högsta märkspänningen för alla enheter längs den skyddade ledningen och välj en diod med en maximal spärrspänning som är lägre än denna.

Underdimensionerade dioder eller dioder som inte är konstruerade för maximal strömstyrka kommer sannolikt att sluta fungera vid en överspänning och förstöra kretsen. "Förvänta dig det värsta" är ett citat att komma ihåg, så att verifiera att den specificerade toppströmmen IPP överstiger den förväntade toppströmmen med marginal i alla situationer, är ett stort steg mot att undvika potentiella fel och skador på värdefulla kretsar.

PTVS-dioder och skydd för portar

PTVS-dioder är även perfekta för att skydda strömanslutningar, både utspänningar från nätaggregat och strömingångar, särskilt när ett långt avstånd skiljer de två funktionerna åt.

Vid exponering för överspänningshändelser i fjärrstyrda verksamheter med strömkablar, Power over Ethernet (PoE), strömförsörjningsutrustning (PSE) och Power Delivery (PD) måste anslutningarna vid RJ-45-portarnas kontakter skyddas. För att säkerställa detta finns det enheter som skyddar matningsspänningarna för telekommunikation och PoE på 60 V, inklusive överspänningsskydd för 48 V i små 5G-mobilnät.

Bourns har ytmonterade DFN-kapslingar för just dessa behov med dioder som t.ex. PTVS1-026C-H för 1 kA och PTVS2-026C-H för 2 kA, som är effektiva för telemetrisystem och industriell styrning med 24 V.

Sammanfattning

Transientspänningar, ljusbågar från motorer, elektrostatiska urladdningar och blixtnedslag utgör alla ett reellt hot mot viktiga elektriska kretsar. Att använda rätt mängd skydd via överspänningsskyddande dioder, som de som erbjuds av Bourns, Inc. är avgörande för att undvika kostsamma reparationer och utbyten - för att inte tala om avbrott i tillverkning och tjänster.

Bourns har etablerat sig som en global ledare inom kretsskydd och har ett stort sortiment av komponenter för överspännings- och överströmsskydd samt skydd med låg kapacitans.