Защитные диоды TRANSIL и TVS
Окружающая среда, в которой мы живем, загрязнена огромным количеством помех, значительную часть которых создают так называемые переходные процессы. Данные процессы возникают при отключении емкостной или индуктивной нагрузки.
В особенности большие перенапряжения опасны для электронных компонентов. Для подавления таких перенапряжений были разработаны компоненты типа TRANSIL и TVS – защитные диоды, называемые «супрессорами».
Первое производство таких защитных диодов было организованно в 60е годы, на ирландском заводе GSI. Вскоре подобные диоды начала выпускать фирма SGS-Thomson под торговой маркой TRANSIL и TRISL.
В настоящее время электротехнический гигант GENERAL INSTRUMENT(GI) изготавливает диоды GSI. Защитные диоды производства фирмы GI имеют обозначение TVS - Transient Voltage Supressor ( подавитель напряжений переходных процессов). TVS и TRANSIL - это различные коммерческие названия одних и тех же диодов.
Диоды изготавливаются в однонаправленном и в двунаправленном исполнениях. На рис.1 схематически изображены симметричные и несимметричные диоды TRANSIL.
Рис.1. Обозначение симметричных (VD1, VD2) и несимметричного(VD3) диодов.
Однонаправленное исполнение (несимметричные супрессоры) применяют для подавления перенапряжений только одной полярности, таким образом диоды TRANSIL данного типа включаются в контур с учетом полярности.
Несимметричные супрессоры используются в сети питания постоянным током. Двунаправленные диоды TRANSIL (симметричные диоды) предназначены для подавления перенапряжений обеих полярностей и используются в сети питания переменного тока и всегда включаются параллельно защищаемому оборудованию.
Такой супрессор может быть составлен из двух однонаправленных диодов TRANSIL путем их встречно-последовательного включения.
Если сравнивать с варисторами, используемыми также для подавления перенапряжений, данные диоды являются более быстродействующими. Время срабатывания супрессоров составляет несколько пикосекунд.
К недостаткам диодов данного типа следует отнести зависимость максимальной импульсной мощности от длительности импульса. Обычно защитные диоды супрессоры используются при таком режиме работы, когда на вход подаются импульсы с минимальным временем нарастания (около 10 мкс) и небольшой длительности.
Основные параметры диодов TRANSIL:
Vrm - постоянное обратное напряжение (Peak Reverse Voltage) - максимальное рабочее напряжение, при котором диод открывается и отводит токовый импульс на «землю», не вызывая выхода защищаемого компонента из строя.
Vbr – напряжение пробоя (Break-down Voltage) - напряжение при котором происходит резкое увеличение протекающего тока, причем скорость увеличения тока превышает скорость увеличения напряжения. Величина напряжения обычно укказывается для температуры 25° C, температурный коэффициент положительный, допустимые отклонения в пределах 5% либо в интервале от - 5 до +10 %.
Vcl - напряжение фиксации (Clamping Voltage) - максимальное напряжение для так называемого "нормализованного" максимального импульса пикового тока Ipp.
Ipp - пиковый импульсный ток (Peak Puls Current) -пиковый ток в рабочем режиме.
Vf - прямое напряжение ( Forward Voltage) - напряжение в прямом направлении. Аналогично обычным диодам оно составляет 0,7 В.
If - прямой ток ( Forward Current) - максимальный пиковый ток в прямом направлении.
Принцип работы супрессора:
Супрессоры имеют нелинейную вольтамперную характеристику. При превышении амплитуды электрического импульса максимального напряжение для конкретного типа диода, то он перейдёт в режим лавинного пробоя.
При поступлении на вход электрического импульса, диод ограничивает данный импульс напряжения до допустимой величины, а “излишки” энергии отводятся через диод на «землю». Более наглядно процесс выглядит на рисунке 2.
Рис.2. Принцип работы защитного диода.
На практике при возникновении импульса перенапряжения всегда происходит ограничение, причем вероятность возникновения сбоя в работе минимально.
На случай, если ожидается появление больших перенапряжений в следствии малого импеданса, в цепь рекомендуется включить предохранитель.
Супрессоры характеризуются хорошим быстродействием, то есть время срабатывания данных диодов мало, что является одной из главных причин их широкого использования.
На рисунке 3 представлены схемы включения диодов TRANSIL с предохранителем.
а
б
Рис.3. Схемы включения защитных диодов с предохранителем (а - симметричного. б - несимметричного).
Применение:
Супрессоры специально предназначены для защиты от перенапряжений электронного оборудования автомобилей, цепей телекоммуникации и передачи данных, защиты мощных транзисторов и тиристоров и т д.
Широко применяются такие диоды в импульсных источниках питания. Диоды TRANSIL удобно использовать как для защиты биполярных так и МОП-транзисторов. Супрессоры можно использовать для защиты как управляющего электрода МОП-транзисторов, так и для защиты самого p-n перехода.
При этом стоит всегда учитывать характер импульсов перенапряжения - однократные или периодические.