Optimierter leistungsstarker Busschutz mit geringem Lötaufwand

Der Schutz von kompakten Gleichstrombussen, bei denen Durchkontaktierungen verwendet werden, erfordert in der Regel zwei Lötvorgänge während des Herstellungsprozesses. Diskrete TVS-Dioden (Transient Voltage Suppression) im DFN-Gehäuse (Flat No Leads) von Bourns Inc. werden oberflächenmontiert, wodurch Lötarbeiten an der Unterseite für moderne Designs mit Hochleistungsschutzkomponenten entfallen.

Wenn es darum geht, ein System mit einem Stromversorgungsschutz zu versehen, wird eine gründliche Untersuchung durchgeführt, um festzustellen, welche potenziellen Bedrohungen für die Schaltungskomponenten bestehen. Bei TVS-Leistungskomponenten (PTVS) oder Bauteilen zur Spannungsklemmung wird die Diode nach der Dauer des Auftretens der Überspannung und dem maximalen Strom von unabhängigen Stromerzeugern (IPPs) bemessen, den sie verarbeiten kann. Die Verringerung der Spannungsamplitude während des Stromflusses ist von entscheidender Bedeutung, bis die Überspannungszeit schließlich endet.

Der Schutz vor übermäßiger Spannung, die durch Netzüberspannungen, Lichtbögen im Motor, Blitzeinschläge und elektrostatische Entladungen (ESD) entstehen kann, macht Reparaturen und den Austausch beschädigter wichtiger Komponenten überflüssig.

Als weltweit führendes Unternehmen auf dem Gebiet des Stromkreisschutzes bietet Bourns eine breite Palette von Überspannungs- und Überstromschutzkomponenten an, einschließlich Schutz mit niedriger Kapazität.

Ständige Überwachung zum Schutz wichtiger Komponenten

Wenn sie einwandfrei funktionieren, bleiben Stromschutzkomponenten so lange unbemerkt, bis eine Störung ihre Notwendigkeit wieder bestätigt. Der Schutz muss jedoch angemessen sein, sonst bleibt das System verwundbar, und es besteht die Gefahr von schweren Schäden. Das kann teuer werden, wenn es zu Ausfallzeiten kommt oder Wartungseinsätze erforderlich werden.

Telekommunikationsunternehmen, die AC- und DC-Stromversorgungssysteme verwenden, benötigen immer einen Schutz vor Ereignissen wie indirekten Blitzeinschlägen und Überspannungen in der Leitung.

Die PTVS-Bauelemente im DFN-Gehäuse von Bourns bieten viele Funktionen, die einen effektiven und optimalen Schutz für eine Vielzahl von Signal- und Leistungsschaltungen bieten.

Die PTVS2-058C-H ist eine oberflächenmontierbare, universell einsetzbare Diode der PTVS-Serie, die ROHS3-konform ist (Abbildung 1). Mit einer 2kA-8/20µs-Überspannungsfestigkeit bietet sie eine wiederholte Abschaltspannung von 22 bis 86 V und einen bidirektionalen TVS. Die PTVS2-058C-H gehört zu den besten TVS-Hochstromdioden, da sie einen leistungsstarken DC-Busschutz und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Blitzeinschläge sowie induktive und transiente Überspannungen bis zur Nenngrenze bietet.

Abbildung 1: Die Diode PTVS2-058C-H der PTVS-Serie bietet eine hervorragende Performance über einen weiten Temperaturbereich. (Bildquelle: Bourns)

Definieren der Begriffe für die Aufgabe

Bei der Suche nach TVS-Dioden wird die spezifische Terminologie deutlich - die Kenntnis der Grundlagen kann die Suche nach den richtigen Schutzkomponenten erheblich erleichtern:

• Impulsspitzenstrom (IPP): Der maximale Stoßstrom, den eine Diode ohne Beschädigung verarbeiten kann.
• Klemmspannung (VC): Die maximale Spannung über der Schutzschaltung für einen bestimmten IPP.
• Wiederholte Rückwärtssperrspannung (VWM): Dies ist der Schwellenwert für die normale Betriebsspannung, auch bekannt als die maximale Arbeitsspitzenspannung. Die an der Diode anliegende Spannung liegt unter dem Schwellenwert, da der Schaltkreis durch die hochohmige TVS-Diode geschützt ist.
• Durchbruchspannung (VBR): Dies ist der Schwellenwert, bei dem die TVS-Diode beginnt, einen bestimmten Strom zu leiten, und sollte den Höchstwert für den geschützten integrierten Schaltkreis nicht überschreiten.

Viele Schutzniveaus sind erforderlich

Bei der Behebung möglicher Fehler gibt es immer mehrere Möglichkeiten.

In der Regel erfordert ein Stromkreis mehrere Arten und Stufen von Schutz. Für Schaltungen, die zwei oder mehr Stufen des Eingangsspannungs-Transientenschutzes benötigen, bietet die Koordinierung der Komponentenfähigkeiten außerdem ein erhöhtes Maß an Schutz, so dass die Komponenten eine optimale Leistung erzielen können.

PTVS-Dioden verhindern als Klemmkomponente ein Überschreiten der voreingestellten Spannungswerte, indem sie Einschalt- und induktive Überspannungen unterdrücken, wobei die Klemmfunktion nach Abklingen der Überspannung wieder aufgehoben wird. Eine TVS-Klemme ist ein bipolarer Silizium-Übergang. Sie ähnelt einer Zener-Diode, ist aber in der Lage, die Durchbruchsspannung in Sperrrichtung zu überstehen und ein relativ kurzes transientes Ereignis abzuleiten.

Der klemmende TVS unterscheidet sich von einem Überspannungsableiter, das die Spannung auf einem niedrigen Wert hält, bis die Überspannung vorüber ist.

Neben Silizium können Klemmelemente auch mit einem Metalloxidvaristor (MOV), einem bidirektionalen Halbleiter-Spannungsübergangsunterdrücker, gebaut werden. Normalerweise sinkt die Spannung am Gerät, wenn der Strom durch das Gerät steigt. Im Vergleich zu einer PTVS-Diode führt der MOV dazu, dass die Spannung sinkt und konstant bleibt, während der Strom nach einer anfänglichen kurzzeitigen Spitze weiter ansteigt. Darüber hinaus hat eine PTVS-Diode bei gleichem Überstrom eine viel niedrigere Klemmspannung als ein MOV.

Die oberflächenmontierbare Diode ESD9B5.0ST5G (Abbildung 2) gehört zur ESD9B-Serie, die zum Schutz empfindlicher Bauteile vor elektrostatischen Entladungen (ESD) entwickelt wurde und sich durch geringe Leckströme, schnelle Reaktionszeiten und hervorragende Klemmfähigkeit auszeichnet. Durch ihre geringe Größe eignet sie sich gut für Mobiltelefone, MP3-Player und zahlreiche tragbare Anwendungen, bei denen der Platz auf der Platine knapp ist.

Abbildung 2: Mit den kleinen Abmessungen von 1,0 mm x 0,60 mm und einer geringen Gehäusehöhe von 0,4 mm ist die ESD9B5.0ST5G von onsemi ideal für die heutigen miniaturisierten Komponenten. (Bildquelle: Bourns)

Wie man die richtige Diode auswählt

Die meisten Anbieter von PTVS-Dioden enthalten in ihren Datenblättern allgemeine Auswahlrichtlinien. Bei der Auswahl einer Diode stehen in der Regel die Eigenschaften des Stromkreises, der geschützt werden muss, und die Prüfnorm des Stromkreises im Vordergrund. Die am häufigsten zitierte Norm ist die IEC 61000-4-5.

Bei der Auswahl einer PTVS-Diode ist eine Diode zu wählen, deren Leerlaufspannung höher ist als die erwartete Betriebsspannung der Anwendung. Ermitteln Sie den absoluten Spannungshöchstwert aller Geräte auf der geschützten Leitung und wählen Sie eine Diode mit einer maximalen Klemmenspannung, die unter diesem Wert liegt.

Unterbewertete Dioden oder solche, die nicht für den maximalen Strom ausgelegt sind, werden bei einem Überspannungsereignis wahrscheinlich ausfallen und den Stromkreis zerstören. Ein Sprichwort besagt, dass man immer mit dem Schlimmsten rechnen muss. Wenn man also überprüft, ob der angegebene Spitzenstrom IPP den erwarteten Spitzenstrom in jeder Situation sicher übersteigt, kann man potenzielle Ausfälle und Schäden an wertvollen Schaltkreisen vermeiden.

PTVS-Dioden und Portschutz

PTVS-Dioden sind auch ideal für den Schutz von Stromversorgungsanschlüssen, sowohl für Ausgänge von Stromversorgungen als auch für Stromeingänge, insbesondere wenn eine große Entfernung zwischen den beiden Funktionen liegt.

Im Falle von Überspannungsereignissen im Remote-Betrieb für Stromanschlussleitungen, Power over Ethernet (PoE), stromliefernde Geräte (PSE) und Power Delivery (PD) müssen die Verbindungen an den RJ-45-Port-Anschlüssen geschützt werden. Um dies zu gewährleisten, stehen Komponenten zum Schutz der maximalen Telekom- und PoE-Versorgungsspannungen von 60 V zur Verfügung, einschließlich 48 V Überspannungsschutz in 5G-Kleinzellen.

Bourns bietet oberflächenmontierbare DFN-Gehäuse für genau diese Anforderungen mit Dioden wie der PTVS1-026C-H für 1 kA und der PTVS2-026C-H für 2 kA, die für 24-V-Telemetriesysteme und industrielle Steuerungen geeignet sind.

Fazit

Spannungsspitzen, Lichtbögen in Motoren, elektrostatische Entladungen und Blitzeinschläge stellen eine reale Gefahr für die Beschädigung wichtiger Stromkreise dar. Die Verwendung der richtigen Schutzschichten durch Überspannungsschutzdioden, wie sie von Bourns, Inc. angeboten werden, ist von entscheidender Bedeutung, um kostspielige Reparaturen und Ersatz zu vermeiden - ganz zu schweigen von Produktions- und Serviceausfallzeiten.

Bourns hat sich als weltweit führendes Unternehmen im Bereich des Stromkreisschutzes etabliert und bietet eine breite Palette von Überspannungs- und Überstromschutzkomponenten sowie Schutzvorrichtungen mit niedriger Kapazität an.