การป้องกันบัสกำลังสูงที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมด้วยการบัดกรีน้อยลง

การป้องกันไฟบัสกระแสตรงความหนาแน่นสูง (DC) ที่ใช้การออกแบบรูทะลุโดยปกติต้องใช้การบัดกรีสองครั้งในระหว่างขั้นตอนการผลิต ไดโอด TVS (ป้องกันแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ) แบบแพ็คเกจแบนแยก (DFN) จาก Bourns Inc. ใช้การออกแบบแบบติดตั้งบนพื้นผิว ซึ่งขจัดการบัดกรีด้านล่างสำหรับการออกแบบสมัยใหม่ที่มีส่วนประกอบป้องกันกำลังไฟสูง

เมื่อต้องการจัดให้มีการป้องกันพลังงานแก่ระบบ จะมีการตรวจสอบอย่างละเอียดเพื่อพิจารณาว่ามีภัยคุกคามที่อาจเกิดขึ้นกับส่วนประกอบของวงจรใดบ้าง ในกรณีของส่วนประกอบ Power TVS (PTVS) หรืออุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้า ไดโอดจะถูกกำหนดระดับตามระยะเวลาที่แรงดันไฟกระชากเกิดขึ้นและกระแสไฟสูงสุดจากผู้ผลิตพลังงานอิสระ (IPP) ที่สามารถรองรับได้ การลดแอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้าในขณะที่มีการนำกระแสไฟฟ้าถือเป็นสิ่งสำคัญจนกว่าระยะเวลาที่เกิดไฟกระชากจะสิ้นสุดลงในที่สุด

การป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินซึ่งอาจเกิดจากกระแสไฟฟ้าชั่วขณะ มอเตอร์เกิดอาร์ก ฟ้าผ่า และการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) ทำให้ไม่จำเป็นต้องซ่อมแซมและเปลี่ยนส่วนประกอบสำคัญที่เสียหาย

ในฐานะผู้นำระดับโลกด้านการป้องกันวงจร Bourns มีผลิตภัณฑ์ป้องกันแรงดันไฟเกินและกระแสเกินให้เลือกมากมาย รวมถึงการป้องกันความจุต่ำ

คอยเฝ้าระวังและปกป้องส่วนประกอบที่สำคัญอยู่เสมอ

เมื่อส่วนประกอบการป้องกันไฟทำงานได้สมบูรณ์แบบแล้ว ส่วนประกอบต่างๆ เหล่านี้ก็จะไม่ถูกสังเกตเห็น จนกว่าจะเกิดข้อผิดพลาดขึ้นเพื่อยืนยันว่าจำเป็นต้องมีส่วนประกอบเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม การป้องกันจะต้องเพียงพอ มิฉะนั้น ระบบจะยังคงมีความเสี่ยง และมีความเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหายร้ายแรงได้ สิ่งนี้อาจมีค่าใช้จ่ายสูงเมื่อเกิดระยะเวลาหยุดทำงานหรือต้องมีการโทรติดต่อเพื่อบำรุงรักษา

ระบบโทรคมนาคมที่ใช้ระบบจ่ายไฟ AC และ DC จะต้องได้รับการป้องกันจากเหตุการณ์ต่างๆ เช่น ฟ้าผ่าและไฟกระชากในสายไฟฟ้า

อุปกรณ์ PTVS แบบแพ็คเกจ DFN ของ Bourns นำเสนอคุณสมบัติมากมายซึ่งให้การป้องกันที่มีประสิทธิภาพและเหมาะสมที่สุดสำหรับวงจรระดับสัญญาณและวงจรไฟฟ้าที่หลากหลาย

PTVS2-058C-H คือไดโอดซีรีย์ PTVS แบบติดตั้งบนพื้นผิวสำหรับวัตถุประสงค์ทั่วไปที่เป็นไปตามมาตรฐาน ROHS3 (รูปที่ 1) ด้วยความสามารถในการป้องกันไฟกระชาก 2-kA, 8/20-µs จึงรองรับแรงดันไฟซ้ำแบบ 22 ถึง 86V และ TVS แบบทิศทางสองทาง การป้องกันบัส DC กำลังไฟสูงและความยืดหยุ่นต่อฟ้าผ่า ไฟกระชากเหนี่ยวนำและชั่วขณะถึงขีดจำกัดที่กำหนดทำให้ PTVS2-058C-H อยู่ในกลุ่มไดโอด TVS กระแสไฟสูงที่ดีที่สุด

รูปที่ 1: ไดโอดซีรีย์ PTVS PTVS2-058C-H ให้ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในช่วงอุณหภูมิต่างๆ (แหล่งที่มาของภาพ: Bourns)

การกำหนดเงื่อนไขของงาน

คำศัพท์เฉพาะจะชัดเจนขึ้นเมื่อทำการวิจัยไดโอด TVS การเรียนรู้พื้นฐานสามารถทำให้การค้นหาส่วนประกอบการป้องกันที่เหมาะสมง่ายขึ้นมาก:

• กระแสพัลส์สูงสุด (IPP): กระแสไฟกระชากสูงสุดที่ไดโอดสามารถรับมือได้โดยไม่เกิดความเสียหาย
• แรงดันไฟฟ้าหนีบ (VC): แรงดันไฟฟ้าสูงสุดข้ามวงจรป้องกันสำหรับ IPP ที่กำหนด
• แรงดันไฟฟ้าแบบย้อนกลับที่เกิดขึ้นซ้ำๆ (VWM): นี่คือเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าในการทำงานปกติ หรือเรียกอีกอย่างว่าแรงดันไฟฟ้าพีคการทำงานสูงสุด แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับไดโอดจะน้อยกว่าค่าเกณฑ์เนื่องจากการป้องกันวงจรที่จัดทำโดยไดโอด TVS ที่มีค่าอิมพีแดนซ์สูง
• แรงดันพังทลาย (VBR): นี่คือเกณฑ์ที่ไดโอด TVS เริ่มนำกระแสไฟฟ้าที่กำหนด และไม่ควรเกินค่าสูงสุดสำหรับวงจรรวมที่ได้รับการป้องกัน

จำเป็นต้องมีการปกป้องหลายระดับ

เมื่อพูดถึงการแก้ไขปัญหาที่อาจเกิดขึ้น จะยังมีทางเลือกอยู่เสมอ

โดยทั่วไปวงจรจำเป็นต้องได้รับการป้องกันหลายประเภทและหลายระดับ นอกจากนี้ สำหรับวงจรที่ต้องการการป้องกันการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟอินพุตสองระดับขึ้นไป การประสานความสามารถของส่วนประกอบจะช่วยให้ระดับการป้องกันสูงขึ้น เพื่อให้ส่วนประกอบต่างๆ สามารถบรรลุประสิทธิภาพที่เหมาะสมที่สุด

ไดโอด PTVS ทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบในการหนีบ เพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินระดับที่ตั้งไว้ โดยการระงับแรงดันไฟฟ้าขณะเริ่มต้นและแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำชั่วขณะ โดยมีฟังก์ชันการหนีบที่จะปล่อยเมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินหายไป แคลมป์ TVS คือรอยต่อไบโพลาร์ซิลิกอน คล้ายกับไดโอดซีเนอร์ แต่สามารถทนต่อแรงดันพังทลายแบบย้อนกลับได้ โดยสามารถสลายเหตุการณ์ชั่วขณะสั้นๆ ได้

การยึด TVS นั้นแตกต่างจากชิ้นส่วนแบบคานงัด ซึ่งจะยึดแรงดันไฟฟ้าไว้ที่ค่าต่ำๆ จนกว่าไฟกระชากจะผ่านไป

นอกจากซิลิกอนแล้ว สามารถสร้างแคลมป์ได้โดยใช้วาริสเตอร์ออกไซด์โลหะ (MOV) ซึ่งเป็นตัวระงับแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะแบบเซมิคอนดักเตอร์แบบทิศทางสองทาง โดยทั่วไป แรงดันไฟฟ้าบนอุปกรณ์จะลดลงเมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านอุปกรณ์เพิ่มขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับไดโอด PTVS แล้ว MOV จะทำให้แรงดันไฟฟ้าลดลงและคงที่ขณะที่กระแสยังคงเพิ่มขึ้นหลังจากจุดพีคระยะเวลาสั้นๆ ในช่วงเริ่มต้น นอกจากนี้ ไดโอด PTVS ยังมีแรงดันไฟฟ้าในการหนีบที่ต่ำกว่า MOV มากสำหรับกระแสไฟกระชากขนาดเดียวกัน

ไดโอด ESD9B5.0ST5G ที่ติดตั้งบนพื้นผิว (รูปที่ 2) เป็นส่วนหนึ่งของซีรีย์ ESD9B ได้รับการออกแบบมาเพื่อป้องกันส่วนประกอบที่มีความละเอียดอ่อนจากการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) โดยมีการรั่วไหลต่ำ เวลาตอบสนองรวดเร็ว และมีความสามารถในการยึดจับที่ยอดเยี่ยม ขนาดเล็กทำให้เหมาะกับโทรศัพท์มือถือ เครื่องเล่น MP3 และแอปพลิเคชั่นพกพาต่างๆ มากมายที่พื้นที่บนบอร์ดมีจำกัด

รูปที่ 2: ด้วยขนาดโครงร่างของตัวเครื่องที่เล็กเพียง 1.0 มม. x 0.60 มม. และความสูงของตัวเครื่องที่ต่ำเพียง 0.4mm, Onsemi ESD9B5.0ST5G จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับส่วนประกอบขนาดเล็กในปัจจุบัน (แหล่งที่มาของภาพ: Bourns)

วิธีการเลือกไดโอดให้เหมาะสม

ซัพพลายเออร์ไดโอด PTVS ส่วนใหญ่รวมแนวทางการเลือกทั่วไปไว้ในแผ่นข้อมูลของตน ในการเลือกไดโอด คุณลักษณะของวงจรที่ต้องการการป้องกันไฟฟ้าและมาตรฐานการทดสอบวงจรมักจะมาเป็นอันดับแรก มาตรฐานที่อ้างถึงบ่อยที่สุดคือ IEC 61000-4-5

เมื่อเลือกไดโอด PTVS ควรพิจารณาไดโอดที่มีแรงดันสแตนด์ออฟสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าใช้งานที่คาดไว้ของแอพพลิเคชั่น ค้นหาค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่แน่นอนของอุปกรณ์ทั้งหมดตามแนวเส้นที่ได้รับการป้องกัน และเลือกไดโอดที่มีแรงดันไฟฟ้าในการหนีบสูงสุดต่ำกว่านั้น

ไดโอดที่ถูกประเมินค่าต่ำเกินไปหรือไม่ได้ออกแบบมาเพื่อรองรับกระแสไฟฟ้าสูงสุด อาจเกิดความเสียหายจากไฟกระชาก ส่งผลให้วงจรเสียหายได้ “คาดหวังสิ่งเลวร้ายที่สุด” เป็นสุภาษิตที่ควรจำไว้ ดังนั้นการตรวจสอบให้แน่ใจว่ากระแสสูงสุด IPP ที่กำหนดจะเกินกระแสสูงสุดที่คาดไว้อย่างปลอดภัยในทุกสถานการณ์ จะช่วยหลีกเลี่ยงความล้มเหลวที่อาจเกิดขึ้นและความเสียหายต่อวงจรที่มีค่าได้ในระดับหนึ่ง

ไดโอด PTVS และการป้องกันพอร์ต

ไดโอด PTVS ยังเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการปกป้องพอร์ตไฟฟ้า ทั้งเอาต์พุตจากแหล่งจ่ายไฟและอินพุตไฟฟ้า โดยเฉพาะเมื่อระยะทางไกลแยกทั้งสองฟังก์ชันออกจากกัน

ในกรณีที่เกิดเหตุการณ์ไฟกระชากในการทำงานระยะไกลสำหรับสายเชื่อมต่อไฟฟ้า Power over Ethernet (PoE) อุปกรณ์จ่ายไฟ (PSE) และการจ่ายไฟ (PD) การเชื่อมต่อที่ขั้วต่อพอร์ต RJ-45 จะต้องได้รับการป้องกัน เพื่อให้แน่ใจว่าเป็นเช่นนั้น จึงมีอุปกรณ์ต่างๆ ไว้ป้องกันแรงดันไฟฟ้าโทรคมนาคมและ PoE สูงสุดที่ 60V รวมถึงระบบป้องกันไฟกระชาก 48V ในเซลล์ขนาดเล็ก 5G

Bourns นำเสนอแพ็คเกจ DFN แบบติดตั้งบนพื้นผิวสำหรับความต้องการเหล่านี้โดยเฉพาะ โดยมีไดโอดเช่น PTVS1-026C-H สำหรับ 1kA และ PTVS2-026C-H สำหรับ 2kA ซึ่งมีประสิทธิภาพสำหรับระบบโทรมาตร 24V และการควบคุมอุตสาหกรรม

บทสรุป

พลังงานชั่วคราว การเกิดอาร์คของมอเตอร์ การคายประจุไฟฟ้าสถิต และฟ้าผ่า ล้วนก่อให้เกิดภัยคุกคามต่อวงจรไฟฟ้าที่สำคัญ การใช้ชั้นการป้องกันที่ถูกต้องผ่านไดโอดป้องกันไฟกระชาก เช่นที่บริษัท Bourns, Inc. นำเสนอ ถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อหลีกเลี่ยงการซ่อมแซมและเปลี่ยนใหม่ที่มีค่าใช้จ่ายสูง รวมถึงเวลาหยุดการผลิตและการบริการ

Bourns ได้สร้างชื่อให้กับตัวเองในฐานะผู้นำระดับโลกด้านการป้องกันวงจร โดยนำเสนอผลิตภัณฑ์ป้องกันแรงดันไฟเกินและกระแสเกินที่หลากหลาย รวมถึงการป้องกันความจุต่ำ