Среди полупроводниковых приборов, диоды представляют самую разнообразную семью, включая диоды Шоттки, Ганна, стабилитроны, светодиоды, фотодиоды, туннельные диоды и многие другие, каждый из которых имеет свои уникальные характеристики и области применения. Интересующиеся данной темой могут ознакомиться в прошлой статье "Диоды - рассмотрим подробно".
Общая информация.
В нашей литературе существует один из типов полупроводниковых диодов, который известен как ПОН (полупроводниковый ограничитель напряжения) или супрессор. В зарубежной технической литературе же применяется термин TVS-диод (Transient Voltage Suppressor). Часто такие диоды могут быть идентифицированы по маркам производителей, таким как TRANSIL или INSEL.
Среди радиолюбителей, да и в технической литературе встречаются множество вариантов названия для супрессора: его могут называть защитным диодом, ограничительным стабилитроном, TVS-диодом, трансилом, ограничителем напряжения или ограничительным диодом. Эти супрессоры часто встречаются в импульсных блоках питания, где они предназначены для защиты от перенапряжения питаемой схемы в случае неисправностей импульсного блока питания.
TVS-диоды были разработаны в США в 1968 году для обеспечения защиты промышленной аппаратуры от разрядов атмосферного электричества. Защита электронных устройств, как промышленного, так и бытового назначения, от природных электрических импульсов приобретает особую важность в условиях эксплуатации.
Броски напряжения на силовых трансформаторных подстанциях происходят довольно часто. В таких случаях массово выходят из строя бытовые устройства. Несмотря на наличие комплексной защиты на промышленных объектах, жилые дома часто остаются без должной защиты.
Согласно определенным данным, убытки, связанные с выходом из строя и последующим восстановлением всей электронной аппаратуры в США, оцениваются приблизительно в $12 млрд. ежегодно. Наши специалисты пришли к выводу, что потери в нашей стране примерно такие же.
Для защиты аппаратуры от воздействия электрических перенапряжений был разработан класс полупроводниковых устройств, известных как TVS-диоды или "супрессоры". Иногда в разговорах можно услышать термин "диодный предохранитель".
Принцип работы.
TVS-диоды обладают выраженной нелинейной вольт-амперной характеристикой. Если амплитуда электрического импульса превысит паспортное напряжение для конкретного типа диода, он переходит в режим лавинного пробоя. Таким образом, TVS-диод ограничивает импульс напряжения до нормального уровня, а излишки напряжения направляются на корпус (землю) через диод. Этот процесс наглядно иллюстрируется на схеме.
Пока нет угрозы выхода из строя электронного прибора, TVS-диод не вмешивается в его работу. Этот полупроводниковый прибор обладает более высокой скоростью реакции по сравнению с использованными ранее ограничителями.
Существуют как несимметричные (однонаправленные), так и симметричные (двунаправленные) предохранительные диоды. Симметричные могут использоваться в цепях с двуполярными напряжениями, тогда как несимметричные — только с напряжением одной полярности. Кроме того, существует типовая схема подключения для двунаправленного диода.
При повышении входного напряжения устройство быстро уменьшает своё сопротивление, что приводит к резкому увеличению тока в цепи и перегоранию предохранителя. Благодаря быстрому срабатыванию супрессора, оборудованию не наносится ущерба. Одной из отличительных особенностей TVS-диодов является очень короткое время реакции на превышение напряжения, что является одной из основных характеристик защитных диодов. диодов.
Электрические параметры супрессоров:
- U проб. (В) – значение напряжения пробоя. В зарубежной технической документации этот параметр обозначается как VBR (Breakdown Voltage ). Это значение напряжения, при котором диод резко открывается и отводит опасный импульс тока на общий провод («на землю»).
- I обр. (мкА) – значение постоянного обратного тока. Это значение максимального обратного тока утечки, который есть у всех диодов. Он очень мал и практически не оказывает никого влияния на работу схемы. Иное обозначение – IR (Max. Reverse Leakage Current ). Так же может обозначаться как IRM .
- U обр. (В) – постоянное обратное напряжение. Соответствует англоязычной аббревиатуре VRWM (Working Peak Reverse Voltage ). Может обозначаться как VRM .
- U огр. имп. (В) – максимальное импульсное напряжение ограничения. В даташитах обозначается как VCL или VC – Max. Clamping Voltage или просто Clamping Voltage .
- I огр. мах. (А) – максимальный пиковый импульсный ток. На английский манер обозначается как IPP (Max. Peak Pulse Current ). Данное значение показывает, какое максимальное значение импульса тока способен выдержать супрессор без разрушения. Для мощных супрессоров это значение может достигать нескольких сотен ампер!
- P имп. (Ватт) – максимальная допустимая импульсная мощность. Этот параметр показывает, какую мощность может подавить супрессор. Напомним, что слово супрессор произошло от английского слова Suppressor , что в переводе означает «подавитель». Зарубежное название параметра Peak Pulse Power (PPP ).Значение максимальной импульсной мощности можно найти перемножением значений U огр. имп. (VCL ) и I огр. мах. (IPP ).
Ньюансы.
Большой недостаток этих диодов состоит в том, что максимальная импульсная мощность сильно зависит от длительности импульса. Обычно оценивается работа TVS-диода при поступлении на него импульса с минимальным временем нарастания около 10 микросекунд и небольшой длительностью.
Компактные диоды TRANSZORBTM серии 1.5КЕ6.8 – 1.5КЕ440 (С)A проявили себя великолепно. Они доступны в симметричном и несимметричном исполнении, причем симметричные диоды отмечены буквой С или СА в обозначении. Эти диоды имеют широкий диапазон рабочих напряжений от 5,0 до 376 вольт, очень малое время срабатывания 1*10-9 секунды и способность подавлять импульсы большой мощности до 1500 Вт. Они успешно применяются в схемах защиты современного оборудования, такого как телевизоры и цифровые устройства.
Эти диоды поставляются в корпусе DO-201, а их размеры указаны в дюймах и миллиметрах в скобках. Несимметричные супрессоры имеют цветное маркировочное кольцо на корпусе, которое расположено ближе к катодному выводу.
Маркировка на корпусе защитного диода предоставляет информацию о его основных параметрах.
Диоды TRANSILTM от THOMSON широко применяются для защиты автомобильной электроники от перенапряжений, особенно от системы зажигания, которая является одним из наиболее мощных источников электрических импульсов. Для защиты автомобильных музыкальных центров часто достаточно одного диода TRANSILTM.
Двунаправленные диоды TRANSILTM 1.5КЕ440СА успешно применяются для защиты бытовой электроники, подключенной к сетям напряжением 220 вольт. Они эффективно защищают устройства, подключенные к воздушным линиям, от атмосферных электрических импульсов и импульсных перенапряжений в сети питания.
В заключении.
Супрессоры, особенно TVS-диоды, играют ключевую роль в обеспечении защиты электронной аппаратуры от различных видов напряжений и импульсов. Их высокая скорость реакции и способность эффективно подавлять импульсы делают их неотъемлемой частью современных систем защиты. Несмотря на некоторые недостатки, такие как зависимость максимальной импульсной мощности от длительности импульса, супрессоры остаются необходимым компонентом для обеспечения надежной работы электроники в условиях повышенной нагрузки и воздействия внешних факторов. Их использование помогает предотвратить выход из строя оборудования и снизить финансовые потери, что делает их важным элементом в современных технологических системах.