הגנת אפיק הספקת-כוח ממוטבת עם פחות הלחמה

הגנת הספקת-כוח אפיק זרם ישר (DC) בצפיפות גבוהה באמצעות תכני חור-עובר דורשת בדרך כלל שתי פעולות הלחמה במהלך תהליך הייצור. דיודות שיכוך מתחים טרנזיינטיים (TVS‏) במארז בדיד שטוח ללא-מוליכים (DFN‏) של .Bourns Inc‏ משתמשות בתכן הרכבה-משטחית, וחוסכות את פעולות הלחמת הצד התחתון עבור תכנים מודרניים עם רכיבי הגנה בהספק גבוה.

כאשר מחפשים לספק הגנת הספקת-כוח למערכת, נערכת בדיקה יסודית כדי לקבוע אילו איומים פוטנציאליים קיימים על רכיבי המעגל. במקרה של רכיבי TVS‏ להספק (PTVS‏) או התקני הידוק (Clamping‏) מתח, הדיודה מדורגת לפי משך הזמן שמתח הנחשול מתקיים והזרם המקסימלי שמייצרי הספק בלתי-תלויים (IPP‏) יכולים לטפל. הפחתת אמפליטודת המתח תוך הולכת זרם היא חיונית עד שזמן הנחשול יסתיים.

הגנה מפני מתח חריג - העלול לנבוע מטרנזיינטי קווי הספקת-כוח, קשתות חשמליות ממנועים, פגיעות ברקים ופריקה אלקטרוסטטית (ESD‏) - חוסכת את הצורך לתקן ולהחליף רכיבים חיוניים שניזוקו.

כמובילה עולמית בתחום הגנת מעגלים, Bourns מספקת קו רחב של רכיבי הגנה מפני מתח-יתר וזרם-יתר, כולל הגנת קיבוליות נמוכה.

תמיד על המשמר, תמיד מגנים על רכיבים חיוניים

כאשר הם מתפקדים בצורה מושלמת, רכיבי הגנת הספקת-הכוח אינם מורגשים עד שתקלה מאשרת-מחדש את נחיצותם. עם זאת, ההגנה חייבת להיות מספקת, אחרת המערכת נשארת פגיעה, וקיים פוטנציאל לנזק חמור. זה יכול להיות יקר כאשר יש השבתה או צורך בשיחות תחזוקה.

חברות טלקום המשתמשות במערכות הספקת-כוח AC ו-DC דורשות תמיד הגנה מפני אירועים כגון פגיעות ברק עקיפות ונחשולים על קווי הספקת-הכוח.

התקני PTVS של Bourns, הארוזים ב-DFN, מציעים תכונות רבות המספקות הגנה אפקטיבית ואופטימלית עבור מגוון של מעגלי הספקת-כוח ומעגלים ברמת האותות.

ה-PTVS2-058C-H‏ היא דיודה בהרכבה-משטחית למטרות-כלליות תואמת-ROHS3 מסדרת PTVS‏ (איור 1). עם יכולת נחשול של kA‏ 2‏, µs‏ 8/20‏, היא מציעה מתחי קטעון רפטיטיביים של 22‏ עד 86‏ וולט ו-TVS‏ דו-כיווני. הגנת אפיק DC‏ בהספק גבוה והתאוששות ממכות ברקים ומנחשולים אינדוקטיביים וטרנזיינטיים עד לגבולות הנומינליים מציבות את ה-PTVS2-058C-H‏ בין דיודות TVS‏ לזרם גבוה הטובות ביותר.

איור 1: הדיודה מסדרת PTVS2-058C-H PTVS מציעה ביצועים מצוינים על-פני תחום הטמפרטורות. (מקור התמונה: Bourns‏)

הגדרת המונחים עבור המשימה

טרמינולוגיה ספציפית מתגלה כאשר מחפשים דיודות TVS - לימוד היסודות יכול להקל בהרבה על החיפוש כדי למצוא את רכיבי ההגנה הנכונים:

• זרם פולס שיא (IPP): זרם הנחשול המקסימלי שאיתו דיודה יכולה להתמודד ללא נזק.
• מתח הידוק (VC‏): המתח המקסימלי על פני מעגל ההגנה עבור IPP‏ נתון.
• מתח קיטעון אחורני רפטיטיבי (VWM‏): זהו סף מתח הפעולה הנורמלי, המוכר גם כמתח שיא פעולה מקסימלי. המתח המופעל על פני הדיודה נמוך מהסף בשל הגנת המעגל שמספקת דיודה TVS בעלת אימפדנס גבוה.
• מתח פריצה (VBR‏): זהו הסף שבו דיודת ה-TVS מתחילה להוליך זרם מוגדר ולא אמורה לחרוג מהמקסימום עבור המעגל המשולב המוגן.

יש צורך ברמות הגנה רבות

כשמדובר בפתרון תקלות פוטנציאליות, תמיד יהיו מספר אפשרויות.

בדרך כלל, מעגל דורש רמות הגנה וסוגים רבים. בנוסף, עבור מעגלים הזקוקים לשתי רמות או יותר של הגנה מפני טרנזינטי מתח כניסה, תיאום יכולות הרכיבים מספק רמת הגנה מוגברת כך שהרכיבים יכולים להשיג ביצועים אופטימליים.

דיודות PTVS, כרכיב מהדק, מונעות מתח העולה על רמות מוגדרות-מראש על ידי שיכוך מתחי אתחול ומתחים טרנזיינטיים אינדוקטיביים, ופונקציית ההידוק משתחררת כשאין יותר מתח-יתר. מהדק TVS הוא צומת סיליקון ביפולרי. הוא דומה לדיודת זנר (Zener‏) אך אינו מסוגל לשרוד מתח פריצה אחורני, תוך פיזור אירוע טרנזיינטי קצר יחסית.

דיודת הידוק TVS שונה מרכיב Crowbar‏, המחזיק את המתח בערך נמוך על עצמו עד שהנחשול עובר.

לצד סיליקון, ניתן לבנות רכיבי הידוק תוך שימוש בוואריסטור תחמוצת מתכת (MOV), משכך טרנזינטי מתח מוליכים-למחצה דו-כיווני. בדרך כלל, המתח על פני ההתקן יורד ככל שהזרם דרכו עולה. בהשוואה לדיודת PTVS, ה-MOV גורם למתח לרדת ולהישאר קבוע כאשר הזרם ממשיך לעלות לאחר שיא ראשוני לפרק-זמן קצר. בנוסף, לדיודת PTVS יש מתח הידוק נמוך הרבה יותר לעומת MOV עבור אותו זרם נחשול.

דיודה ESD9B5.0ST5G‏ בהרכבה-משטחית (איור 2) היא חלק מסדרת ESD9B‏, ומתוכננת להגן על רכיבים רגישים מפני פריקות אלקטרוסטטיות (ESD), עם זליגה נמוכה, זמני תגובה מהירים ויכולת הידוק מעולה. הגודל הקטן הופך אותה למתאימה היטב עבור טלפונים ניידים, נגני MP3 והרבה מאד יישומים ניידים שבהם המקום על הלוח מהווה שיקול עיקרי.

איור 2: עם ממדי קונטור גוף קטנים של 1.0 מ"מ על 0.60 מ"מ וגובה גוף נמוך של 0.4 מ"מ, ה-ESD9B5.0ST5G‏ של onsemi‏ היא אידיאלית עבור הרכיבים הממוזערים של היום. (מקור התמונה: Bourns‏)

כיצד לבחור את הדיודה הנכונה

מרבית ספקי דיודות PTVS כוללים הנחיות בחירה גנריות בדפי הנתונים שלהם. כאשר בוחרים דיודה, מאפייני המעגל הזקוק להגנה חשמלית ותקן הבדיקה של המעגל הם לרוב החשובים ביותר. התקן המצוטט בתדירות הגבוהה ביותר הוא IEC 61000-4-5‏.

כאשר בוחרים דיודת PTVS, יש לשקול דיודה עם מתח קיטעון הגבוה ממתח הפעולה הצפוי של היישום. מצאו את דירוג המתח המקסימלי האבסולוטי של כל ההתקנים לאורך הקו המוגן ובחרו דיודה עם מתח הידוק מקסימלי הנמוך ממנו.

דיודות עם ערך נקוב לא מתאים או כאלו שאינן מתוכננות עבור הזרם המקסימלי ייכשלו ככל הנראה באירוע נחשול, ויהרסו את המעגל. "צפו לגרוע ביותר" הוא כלל אחד שכדאי לזכור, ולכן יש לוודא שה-IPP של זרם השיא שהוגדר יעלה בבטחה על זרם השיא הצפוי בכל מצב, ויעשה הכול על מנת למנוע תקלות פוטנציאליות ונזק למעגלים יקרי ערך.

דיודות PTVS והגנה על נקודות-חיבור

דיודות PTVS הן גם אידיאליות עבור הגנה על נקודות-חיבור הספקת-כוח, הן יציאות מספקי-כוח והן כניסות-כוח, במיוחד כאשר מרחק רב מפריד בין שתי הפונקציות.

במקרה של חשיפה לאירועי נחשול בפעולות מרוחקות עבור חוטי חיבור הספקת-כוח, Power over Ethernet‏ (PoE‏), ציוד מיקור הספקת-כוח (PSE), והעברת הספק (PD‏), החיבורים במחברי נקודת-החיבור RJ-45‏ חייבים להיות מוגנים. כדי להבטיח זאת, קיימים התקנים להגנה על מתחי הספקת-כוח מקסימליים עבור טלקום ומתחי הספקה PoE‏ של V‏ 60‏, כולל הגנה מפני נחשולים V‏ 48‏ בתאי 5G‏ קטנים.

Bourns מספקת מארזי DFN להרכבה-משטחית בדיוק עבור צרכים אלו עם דיודות כגון PTVS1-026C-H‏ עבור kA‏ 1‏ ו-PTVS2-026C-H‏ עבור kA‏ 2‏, שהם יעילים עבור מערכות טלמטריה ובקרה תעשייתית V‏ 24‏.

מסקנות

הספק טרנזיינטי, קשתות חשמליות במנועים, פריקה אלקטרו-סטטית ומכות ברק מהוות איום אמיתי לנזקים למעגלים חשמליים חיוניים. השימוש בשכבות ההגנה הנכונות באמצעות דיודות להגנה מפני נחשולי מתח, כמו אלו שמציעה .Bourns, Inc, הוא חיוני כדי למנוע תיקון והחלפה יקרים - שלא לדבר על השבתה בייצור ובשירות.

Bourns ביססה עצמה כמובילה עולמית בהגנה על מעגלים, ומספקת קו רחב של רכיבי הגנה מפני מתח-יתר וזרם-יתר והגנה מפני קיבוליות נמוכה.