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고밀도 전자 장치에서 강력한 과전압 보호

강력한 외부, 혁신적인 핵심부 – ProCORE18V 배터리 (12 월 2018).

Anonim

일반적으로 다단계 / 다중 기술 보호 방법이 필요합니다.

더 작고 높은 밀도의 전자 장치는 계속적인 추세입니다. 그러나 점점 더 통합되고 복잡한 디자인은 이제 번개 및 기타 고전압 서지와 같은 일시적인 위협으로 인한 손상 및 가동 중단에 훨씬 민감하고 취약합니다. 통신, 산업 및 의료 장비 설계의 다양한 특성으로 단일 장치 서지 보호 솔루션은 거의 불가능합니다. 각 기술의 강점과 약점을 활용하려면 다단계 / 다중 기술 보호 접근 방식이 필요합니다.

과전압 보호 비교

과전압 장치는 낙뢰와 같은 빠른 서지 에너지를 전환 시키지만 대부분의 과전류 장치는 저항이 증가하여 장시간의 서지 전류에서 흐르는 서지 전류를 제한합니다. 전압 제한 보호기에는 MOV 및 TVS와 같은 회선과 클램핑 장치를 사용하는 GDT와 같은 스위칭 장치 (표 참조)의 두 가지 유형이 있습니다. GDT는 커패시턴스가 매우 낮고 누설 특성이 낮고 높은 서지 전류 처리 기능으로 인기를 얻고 있습니다.

과학 기술과전압 유형찬성단점
가스 배출관 (GDT)

높은 서지 전류 처리

매우 낮은 누설

매우 낮은

느린 응답 시간 (μs)

크기 포장

낮은 전압 수준으로 보호 할 수있는 능력 부족

금속 산화물 바리스터

집게

높은 서지 전류 처리

빠른 응답 시간 (ns)

시간 경과에 따른 높은 누출

높은 커패시턴스

고전류 장치의 크기 및 포장

과도 전압 억 제기 (TVS)

집게

높은 서지 취급

빠른 응답 시간 (ns)

중간 서지 전류 취급

낮은 수준으로 보호 가능

높은 커패시턴스

보다 큰 크기의 전류 핸들링

일반적으로 전압을 제한하고 서지 전류를 접지 (공통 모드) 또는 소스 (차동 모드)로 전환하기 위해 회로에 배치되는 GDT는 매우 높은 임피던스 (> 1 GΩ)를 가지므로 정상적인 경우 회로에서 사실상 볼 수 없습니다 조작. 전압 교란이 GDT의 스파크 오버 값을 초과하면 아크 모드로 알려진 가상 단락 회로로 전환되어 서지 전류를 우회시키고 장비를 보호합니다. GDT는 일반적으로 GDT 내부의 가스를 이온화하는 데 필요한 시간 때문에 응답 시간이 상당히 느립니다. 기존의 GDT 소자는 견고한 과전압 보호 기능을 제공하지만, 소중한 PCB 공간을 희생시키면서이를 수행한다.

3 단계 솔루션을 사용한 효과적인 보호

설계자는 고밀도 설계를 위해 고급 3 단계 보호 솔루션을 사용할 수 있습니다. 이는 2 차 보호를위한 TVS 다이오드, 조정을위한 고속 보호 장치 (HSP) 장치 및 1 차 보호를위한 GDT를 사용하며 노출 된 일시적인 환경에있는 응용 프로그램에 최적입니다. 이 솔루션은 단일 단계 구성 요소 솔루션의 처리 기능을 훨씬 능가하는 다양한 텔레콤 또는 산업 인터페이스에 대한 높은 수준의 보호 기능을 제공합니다.

TVS 다이오드만으로도 낮은 레벨의 과도 현상에 효과적입니다. 최대 임펄스 전류까지 일시적인 신호를 수용하지만 그 이상은 처리 할 수 ​​없습니다. TVS 다이오드가 노출되는 순간 과도 전압이 증가함에 따라 전류 제한을 초과하게 될 우려도 있습니다. 직렬 저항을 사용하여 TVS를 보호하면 과도한 전압 강하가 발생할 수 있으며 통신의 경우 루프 거리를 크게 줄일 수 있습니다.

그림 1 : HV 과도 보호를 최대화하려면 3 단계 설계가 필요합니다.

HSP는 MOSFET 반도체 기술을 사용하여 구성됩니다. GDT와 TVS 사이에 직렬로 배치하면 HSP가 라인을 통해 흐르는 전류를 모니터링합니다. 전류가 사전 설정된 레벨을 초과하면 장치가 트리거되어 고전압 및 전류에 대한 장벽을 제공합니다. 트리거 전류는 150에서 500 mA까지 가능하며 피크 충격 전압 내력은 650에서 850 V입니다. Bourns의 HSP 장치는 TBU-DT 시리즈라고합니다. 이들은 약 1μs에서 작동하는 재설정 가능한 장치입니다. 정상 직렬 저항은 5 ~ 10 Ω입니다. 작동시 장치는 회선 전류를 일반적으로 1mA 미만으로 제한합니다.

빠른 상승 과도 현상에 노출되면 더 빠른 TVS 다이오드가 먼저 클램프되고 HSP를 통해 전류가 흐르기 시작합니다. HSP의 전류 임계 값을 초과하면 TVS 다이오드 및 다운 스트림 구성 요소를 보호합니다. 또한 GDT가 서지 이벤트에 의해 생성 된 전류의 대부분을 트리거하고 취할 수있게합니다. 그 결과 개별 보호 기술의 결함을 제거하는 매우 빠른 보호 기능을 제공합니다.

설계 엔지니어는이 솔루션을 사용하여 서지 및 과도 보호 레벨을 높일 수 있습니다. HSP는 렛 스루 에너지를 제한하고 TVS 다이오드는 신호를 최대 한계 내에서 유지하며 기본 GDT는 과도한 과도 전압에 노출되지 않도록 HSP 디바이스를 보호합니다.

그림 2 : Bourns FLAT 로우 프로파일 GTD 장치.

공간이 제한적인 설계를위한 견고한 보호

장비가 줄어들면 PCB의 공간 제약이 증가합니다. GDT는 일반적으로 직경 8mm의 원통형 패키지로 제공됩니다. 최근 플랫 디스크 패키지를 특징으로하는 기본 GDT 보호를위한 새로운 디자인이 출시되었습니다. Bourns FLAT GDT는 표준 8mm 장치에 비해 75 %의 비용 절감을 제공하며 수평 또는 수직 설치 버전으로 제공됩니다 (그림 2). 2 전극 장치는 90 ~ 420 V DC 스파크 오버의 5 가지 버전으로 제공되며 10 회 이상 작동시 8 / 20 μs의 경우 10, 000 Arrms로 평가됩니다.

BY : JOHAN SCLIEMANN-JENSEN, 제품 개발 엔지니어, Bourns, www.bourns.com