De impact van tijdelijke spanningspieken en -spanningen op elektronische schakelingen varieert, variërend van vervelende kleine storingen tot catastrofale gevolgen die schade kunnen veroorzaken aan schakelingsonderdelen.De oorzaken van dergelijke voorbijgaande verschijnselen zijn uiteenlopend, met inbegrip van bliksem, statische elektriciteit en geïnduceerde ontlading (figuur 1).
Figuur 1: Transient kan worden veroorzaakt door bliksem, statische elektriciteit of geïnduceerde ontlading, die ernstige schade kan veroorzaken aan onbeschermde elektronische apparaten (Foto: Littelfuse Inc.)
Dergelijke transiënten kunnen pulsen genereren met piekspanningen variërend van honderden volts tot tienduizenden volts en stromen die kiloampere niveaus bereiken,met een duur van honderden nanoseconden tot milliseconden.
De miniaturisatie van IC's en processors, evenals de afname van de stroomtoevoerspanning, maken ze gevoeliger voor elektrische transiënten.Dit geldt met name voor voertuigen die worden bestuurd door meerdere elektronische systemen., met inbegrip van motor, stuur, remmen, airconditioning en entertainment.
Om gevoelige circuits te beschermen, zijn verschillende ontwerpstrategieën ontwikkeld, waaronder afgeschermde bedrading, filters, boogonderdrukking en klemtoestellen.Bescherming en filtering nemen een passief ontwerp aan, terwijl de boogonderdrukking en de klembescherming actieve mechanismen gebruiken.en andere boogdoofapparaten leiden voorbijgaande stromen naar de grond om het circuit te beschermenWanneer de boogblussingsinrichting in een actieve toestand is, werkt de beschermde apparatuur niet, maar zodra de transiënt verdwijnt, kan de apparatuur normaal werken.
Clamping apparaten omvatten metaaloxide varistors (MOV's), Zener diodes, en transient voltage suppression (TVS) lawine diodes,met een vermogen van meer dan 50 W,Deze technologieën kunnen individueel of gelijktijdig worden gebruikt. TVS-dioden worden veel gebruikt als klemtoestellen vanwege hun snelle responssnelheid en hoge vermogensafvoer.
Diode voor de onderdrukking van de transiënte spanning
De TVS-diode is een lawine diode die wordt gebruikt als klemtoestel.het zal overmatige stroom afleiden en de spanning op een constant potentieel handhaven of vastklemmenWanneer de toegepaste spanning lager is dan de onderbrekingswaarde, wordt deze automatisch opnieuw ingesteld.
TVS-dioden kunnen worden gebruikt als eenrichtingsapparatuur om unipolaire transiënten te voorkomen, evenals bidirectionele apparatuur om transiënten van elke polariteit te voorkomen (figuur 2).Tweerichtingsapparaten kunnen symmetrisch zijn, die in staat is om elke polariteitsspanning met dezelfde amplitude te bevestigen, of asymmetrisch, dat in staat is om op verschillende spanningsniveaus te bevestigen op basis van de polariteit van transiënten.
Figuur 2: Stroomspanningsonderbrekingskenmerken en schematische symbolen van drie TVS-apparaten (Foto: Littelfuse Inc.)
Het werkingsprincipe van een unidirectionele TVS-diode is vergelijkbaar met dat van een eenvoudige diode.tot de breukspanning (VBR) van de diode wordt overschredenWanneer de aangebrachte spanning VBR overschrijdt, leidt de diode en behoudt de spanning over haar eindpunten bij de klemspanning (VC).Het maximale vermogen dat deze diode kan afvoeren is de piekpulsstroom (IPP) x VC.
Als de breukspanning (VBR) in geen enkele richting wordt overschreden, stroomt er slechts een kleine omgekeerde lekstroom (IR).Deze operatie is symmetrisch omdat de breukspanningsamplitudes onder de twee biascondities hetzelfde zijn.
De functie van asymmetrische TVS-dioden is vergelijkbaar met die van bidirectionele apparaten, maar hun breukspanningen (VBR1 en VBR2) zijn verschillend.
Asymmetrische TVS-diode
U vraagt zich misschien af waarom asymmetrische TVS-dioden nodig zijn. Deze componenten zijn ontworpen om de poortdrivers op siliciumcarbide (SiC) MOSFET's te beschermen.Deze stuurprogramma's zijn gevoelig voor schade veroorzaakt door overspanningsovergangenLaten we eens kijken naar SiC MOSFET of tractie-omvormer die wordt gebruikt voor het opladen van auto's (figuur 3).
Figuur 3: Asymmetrische TPSMB1505CA TVS gebruikt voor de bescherming van SiC MOSFET switch gate drivers.
Asymmetrische Littelfuse TPSMB1505CA TVS wordt gebruikt om de poortdriver van MOSFET's te beschermen. De poortdriver heeft twee toestanden; De poortspanning in de aan-toestand is tussen -5 en 10 V,terwijl in de uitgeschakelde toestand het onder -10 V isDe nominale breukspanning van kathode (K) naar anode (A) van TPSMB1505CA bedraagt 16,7 tot 18,5 V en de maximale klemspanning is 24,4 V. De Ipp in deze richting is 24,6 A,en de duur van de voorbijgaande puls is 10 tot 1000 ms.
De breukspanning van TVS van A tot K is 6,8 tot 7,4 V en de maximale klemspanning is 11,5 V. De piekpulsstroom in deze richting is 60 A,en de transitieve pulsduur is ook 10 tot 1000 msHet is opmerkelijk dat dit alleen kan worden bereikt door middel van een enkel onderdeel.
De asymmetrische TVS-diode van de Littelfuse TPSMB-serie (figuur 4) bevat twee extra componenten met verschillende K tot A-afbraakspanningen.0 tot en met 21.1 V, met een maximale klemspanning van 29,2 V. De nominale Ipp is 20,6 A en de pulsduur is 10 tot 1000 ms. Het breukspanningsbereik van A tot K is gelijk aan dat van TPSMB1505CA (6,8 tot 7,4 V).