Программа Сервисный Центр
0

Недорогое решение защищает чувствительные к перенапряжениям устройства


С ростом быстродействия, миниатюризацией и снижением рабочих напряжений современные высокотехнологичные электронные устройства становятся все более уязвимыми к перенапряжениям. Усугубляет ситуацию то, что зачастую электроника эксплуатируется в жестких условиях, испытывая еще более тяжелые нагрузки, особенно в промышленных приложениях, где датчики подключаются к микроконтроллерам или другим логическим устройствам. Эта статья дает инженерам общее представление о проектировании схем, устойчивых к перенапряжениям.

Ключевым элементом защиты входа чувствительного устройства является ограничитель импульсных перенапряжений – супрессор (TVS диод). Простейшая схема состоит из резистора и супрессора, который поглощает импульс перенапряжения и тем самым регулирует напряжение на входе. Основная сложность заключается в правильном выборе самого супрессора.

Должным образом выбранный супрессор «невидим» для защищаемого устройства до тех пор, пока не появится всплеск перенапряжения. Это означает, что в нормальных условиях работы такие параметры супрессора, как напряжение пробоя, постоянный обратный ток и емкость не влияют на функционирование и характеристики устройства. При возникновении импульсного перенапряжения супрессор немедленно поглощает выброс и ограничивает напряжение безопасным уровнем, определяемым напряжением ограничения (VC), отводя опасный импульсный ток на землю.

 
Недорогое решение защищает чувствительные к перенапряжениям устройства
Рисунок 1. При использовании в схеме с сопротивлением источника сигнала 2 Ом только TVS диода бросок тока будет слишком большим.

В приведенной схеме нагрузка, которой может быть вход логического устройства, питается от 24-вольтового сигнала постоянного напряжения, которое может поступать от датчика, преобразователя или другого устройства (Рисунок 1). Сопротивление источника сигнала равно 2 Ом (резистор на схеме), а пороговое напряжение отказа защищаемого устройства – 36 В. В схеме использован TVS диод SMBJ26A, способный поглотить импульсную мощность 600 Вт. Если неисправность на линии вызовет на входе устройства перенапряжение с пиком 150 В и длительностью 10 нс, супрессор должен ограничить этот импульс до уровня 36 В или меньше. Импульсный ток рассчитывается по формуле:

 
Недорогое решение защищает чувствительные к перенапряжениям устройства
 (1)

Супрессор поделит импульс перенапряжения между сопротивлением источника и собой. Уравнение 1 показывает, что чем выше напряжение ограничения супрессора, тем меньше выброс тока в цепи. К сожалению, результирующий ток в этом примере «сожжет» схему.

Можно использовать более мощный супрессор, но это не лучшее решение, так как с увеличением допустимой мощности TVS диода увеличивается и его стоимость. В качестве альтернативы, последовательно с сопротивлением источника можно добавить резистор небольшого номинала, эффективно снижающий импульсный ток, рассеиваемую супрессором мощность, стоимость схемы и ее размеры (Рисунок 2).

Недорогое решение защищает чувствительные к перенапряжениям устройства
Рисунок 2. Добавление на вход устройства недорогого резистора с сопротивлением 20 Ом существенно снижает импульсный ток и рассеиваемую на супрессоре мощность.

Если допустить, что ток нагрузки невелик и равен 10 мА, падение напряжения на сопротивлении 20 Ом должно быть:

 
Недорогое решение защищает чувствительные к перенапряжениям устройства
(2)

Импульсный ток будет равен:

 
Недорогое решение защищает чувствительные к перенапряжениям устройства
(3)

Резистор снижает выброс тока более чем в 10 раз. А значит, в схеме можно использовать маломощный супрессор. При этом возникающий импульсный ток меньше максимально допустимого импульсного тока выбранного TVS диода. Импульсное напряжение ограничения супрессора равно:

 
Недорогое решение защищает чувствительные к перенапряжениям устройства
(4)

Согласно спецификации на SMBJ26A,

максимальное импульсное напряжение ограничения VC(max) = 42.1 В,
максимальное напряжение пробоя VBR(max) = 31.9 В,
максимальный импульсный ток IPP(max) = 14.3 А.

Используя эти значения и значение тока IP из Уравнения 3, подстановкой в Уравнение 4 получим напряжение ограничения супрессора VC = 35.5 В.

Таким образом, напряжение ограничения несколько ниже порогового напряжения при температуре 25 °C. Для более высоких температур следует учитывать отклонения параметров от допустимых значений (устанавливаются по графикам спецификации на данный TVS диод). Мощность, рассеиваемая на резисторе с сопротивлением 20 Ом в нормальном режиме, равна:

 
Недорогое решение защищает чувствительные к перенапряжениям устройства
(5)

Следовательно, при указанных характеристиках импульса перенапряжения можно использовать углеродный композитный резистор с мощностью рассеивания 0.125 Вт. Включенный последовательно, этот небольшой резистор радикально улучшает условия работы супрессора и мало влияет на стоимость устройства.

 
 
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.
 
Обратная связь

Наши партнеры

 

Опросы

Есть ли справедливость в жизни?
Конечно есть, уверен!
Вроде как должна быть, но...
Затрудняюсь ответить...
Какая справедливость? О чем Вы?
Эх.., нет правды на свете!

 

Облако тегов

Требуется для просмотраFlash Player 9 или выше.

Показать все теги
 

Календарь публикаций

«    Декабрь 2016    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 
 

Архив новостей

Декабрь 2016 (12)
Ноябрь 2016 (42)
Октябрь 2016 (34)
Сентябрь 2016 (38)
Август 2016 (34)
Июль 2016 (36)
 
Наверх Сервисные мануалы Даташиты Ремонт LCD, ЖК телевизоров LG Samsung Скрипт программы "Сервисный центр"