Ottimizzare la protezione dei bus ad alta potenza senza troppe saldature

La protezione dell'alimentazione dei bus a corrente continua ad alta densità in contenitori a fori passanti richiede in genere due operazioni di saldatura durante la produzione. I diodi TVS (soppressione delle tensioni transitorie) discreti piatti senza conduttori (DFN) di Bourns, Inc. utilizzano un design a montaggio superficiale, eliminando le operazioni di saldatura sul lato inferiore per progetti moderni di componenti di protezione ad alta potenza.

Quando si desidera fornire protezione dell'alimentazione a un sistema, un esame approfondito consente di determinare quali sono le potenziali minacce ai componenti del circuito. Nel caso dei componenti di potenza TVS (PTVS) o dei dispositivi di tenuta di tensione, il diodo è classificato in base al tempo in cui si verifica la sovratensione e la corrente massima dei produttori indipendenti di energia (IPP) che può gestire. La riduzione dell'ampiezza della tensione durante la conduzione della corrente è fondamentale fino a quando termina il tempo di sovratensione.

La protezione da tensioni eccessive, che possono derivare da transitori sulla linea elettrica, archi elettrici di un motore, fulmini e scariche elettrostatiche (ESD), elimina la necessità di riparare e sostituire i componenti vitali danneggiati.

Leader mondiale nella protezione dei circuiti, Bourns offre un'ampia gamma di componenti per la protezione da sovratensioni e sovracorrenti, compresa la protezione da bassa capacità elettrica.

Sempre di vedetta, pronto a proteggere i componenti vitali

Quando funzionano perfettamente, i componenti di protezione dell'alimentazione passano inosservati, finché un guasto non ne evidenzia la necessità. Tuttavia, la protezione deve essere adeguata, altrimenti il sistema rimane vulnerabile e rischia di subire gravi danni. Ciò può essere costoso se porta a un fermo macchina o alla necessità di interventi di manutenzione.

Le telecomunicazioni che utilizzano sistemi di alimentazione in c.a. e c.c. necessitano sempre di protezione da eventi quali fulmini indiretti e sovratensioni sulla linea elettrica.

I dispositivi PTVS confezionati in DFN di Bourns offrono molte caratteristiche che garantiscono una protezione efficace e ottimale per una varietà di circuiti a livello di segnale e di potenza.

Il modello PTVS2-058C-H è un diodo generico della serie PTVS a montaggio superficiale, conforme a ROHS3 (Figura 1). Con una capacità di protezione dalla sovracorrente transitoria di 2 kA, 8/20 µs, offre una tensione di interdizione ripetitiva da 22 a 86 V e TVS bidirezionali. La protezione del bus c.c. ad alta potenza e la resistenza ai fulmini e alle sovratensioni induttive e transitorie fino ai limiti nominali collocano il diodo PTVS2-058C-H tra i migliori diodi TVS ad alta corrente.

Figura 1: Il diodo PTVS2-058C-H serie PTVS offre prestazioni eccellenti in un ampio intervallo di temperature. (Immagine per gentile concessione di Bourns)

Definizione del ruolo

La terminologia specifica è evidente quando si ricercano i diodi TVS: conoscere le nozioni di base può facilitare la ricerca dei giusti componenti di protezione:

• Corrente impulsiva di picco (IPP): la sovracorrente transitoria massima che un diodo può gestire senza subire danni.
• Tensione di tenuta all'impulso (VC): la tensione massima sul circuito di protezione per un determinato IPP.
• Tensione di interdizione inversa ripetitiva (VWM): la soglia di tensione di funzionamento normale, nota anche come tensione di picco massima di lavoro. La tensione applicata attraverso il diodo è inferiore alla soglia grazie alla protezione del circuito fornita dal diodo TVS ad alta impedenza.
• Tensione di rottura (VBR): la soglia alla quale il diodo TVS inizia a condurre una corrente specifica e non deve superare il valore massimo per il circuito integrato protetto.

Sono necessari molti livelli di protezione

Quando si tratta di risolvere i potenziali guasti, esistono sempre varie opzioni.

In genere, un circuito richiede molti tipi e livelli di protezione. Inoltre, per i circuiti che necessitano di due o più livelli di protezione dai transitori di tensione in ingresso, il coordinamento delle capacità dei componenti offre un livello di difesa più elevato, in modo che i componenti possano raggiungere prestazioni ottimali.

I diodi PTVS, in quanto componenti di tenuta all'impulso, impediscono che la tensione superi i livelli preimpostati sopprimendo le tensioni transitorie di avvio e induttive; la funzione di tenuta all'impulso si sgancia una volta eliminata la sovratensione. Un morsetto TVS è una giunzione bipolare al silicio. È simile a un diodo Zener, ma è in grado di sopravvivere alla tensione di rottura inversa, dissipando un evento transitorio relativamente breve.

Il TVS di tenuta all'impulso si differenzia da un componente crowbar, che mantiene la tensione a un valore basso fino al superamento del picco transitorio.

Oltre al silicio, i morsetti possono essere costruiti utilizzando un varistore metallo-ossido (MOV), un soppressore di transitori di tensione bidirezionale a semiconduttore. In genere, la tensione attraverso il dispositivo diminuisce all'aumentare della corrente che lo attraversa. Rispetto a un diodo PTVS, il MOV fa sì che la tensione si abbassi e rimanga costante mentre la corrente continua ad aumentare dopo un picco iniziale di breve durata. Inoltre, un diodo PTVS ha una tensione di tensione di tenuta all'impulso molto più bassa di un MOV, a parità di sovracorrente transitoria.

Il diodo ESD9B5.0ST5G a montaggio superficiale (Figura 2) fa parte della serie ESD9B, progettata per proteggere i componenti sensibili dalle scariche elettrostatiche (ESD), con basse perdite, tempi di risposta brevi ed eccellente capacità di tenuta all'impulso. Le sue piccole dimensioni lo rendono adatto a telefoni cellulari, lettori MP3 e a una miriade di applicazioni portatili in cui lo spazio su scheda è limitato.

Figura 2: Con dimensioni compatte di 1,0 x 0,60 mm e un'altezza di soli 0,4 mm, ESD9B5.0ST5G di onsemi è ideale per i componenti miniaturizzati di oggi. (Immagine per gentile concessione di Bourns)

Come scegliere il diodo giusto

La maggior parte dei fornitori di diodi PTVS include linee guida di selezione generiche nelle schede tecniche. Quando si sceglie un diodo, le caratteristiche del circuito da proteggere e lo standard di prova del circuito sono di solito in primo piano. Lo standard più frequentemente citato è la norma IEC 61000-4-5.

Quando si sceglie un diodo PTVS, è bene optare per uno che abbia una tensione di interdizione superiore alla tensione di funzionamento prevista per l'applicazione. Individuare la tensione massima assoluta di tutti i dispositivi lungo la linea protetta e selezionare un diodo con una tensione di tenuta all'impulso massima inferiore a tale valore.

I diodi sottovalutati o quelli non progettati per la corrente massima probabilmente si guasteranno in caso di un picco transitorio, distruggendo il circuito. Far fede al detto "è meglio aspettarsi il peggio", verificare pertanto che la corrente di picco IPP specificata superi in modo sicuro la corrente di picco prevista in ogni situazione, al fine di evitare potenziali guasti e danni ai circuiti.

Diodi PTVS e protezione delle porte

I diodi PTVS sono ideali anche per proteggere le porte di alimentazione, sia le uscite dagli alimentatori che gli ingressi di alimentazione, soprattutto su lunghe distanze.

In caso di esposizione ai picchi transitori nell'azionamento a distanza, per i cavi di collegamento dell'alimentazione, Power over Ethernet (PoE), apparecchiature di alimentazione (PSE) e distribuzione dell'alimentazione (PD), è necessario proteggere i collegamenti ai connettori delle porte RJ-45. A tale fine, sono disponibili dispositivi in grado di proteggere le tensioni di alimentazione massime telco e PoE di 60 V, compresa la protezione dai picchi transitori di 48 V nelle celle piccole 5G.

Bourns offre contenitori DFN a montaggio superficiale per soddisfare esattamente queste esigenze con diodi come PTVS1-026C-H per 1 kA e PTVS2-026C-H per 2 kA, efficaci per i sistemi di telemetria a 24 V e il controllo industriale.

Conclusione

I transitori di corrente, gli archi elettrici dei motori, le scariche elettrostatiche e i fulmini rappresentano una minaccia reale che rischia di danneggiare i circuiti elettrici vitali. L'utilizzo dei giusti livelli di protezione con diodi di protezione dai picchi transitori come quelli offerti da Bourns, Inc. è fondamentale per evitare costose riparazioni e sostituzioni, per non parlare dei tempi di fermo della produzione e dell'assistenza.

Bourns si è affermata come leader mondiale nella protezione dei circuiti, fornendo un'ampia gamma di componenti per la protezione da sovratensioni e sovracorrenti e di protezione da bassa capacità elettrica.