Эффективная комплексная защита оборудования от компании BOURNS

Системы связи подвержены повреждениям от скачков напряжения, возникающих на линиях и порожденных теми или иными причинами разрядами статического электричества, наводками от внешних источников или переходными процессами, например, при включении/выключении мощных индуктивных нагрузок. И чтобы в подобных условиях найти оптимальное решение разработчику приходится балансировать между стоимостью системы защиты, надежностью таких систем в местах эксплуатации, электромагнитной совместимостью (ЭМС) и обеспечением целостности сигнала.

В ответ на требования рынка, компании BOURNS освоила и предлагает целый ряд продуктов, предназначенных для защиты оборудования от самых разных воздействий. Среди них можно выделить следующие:

Устройства защиты от перенапряжения

1. Семейство газовых разрядников (Gas Discharge Tubes, GDT), которые создают квазикороткое замыкание по линии, когда при перенапряжении достигается ионизация наполняющего их газа, после чего они возвращаются к состоянию высокого импеданса. Эти надежные устройства имеют самый высокий рейтинг по импульсному току в сочетании с малой собственной емкостью, что делает их очень привлекательными для защиты, как линий «старых» технологий, так и современных высокоскоростных цифровых линий.
2. Семейство устройств на основе тиристоров TISP®, которые сначала ограничивают напряжение в линии, а затем переключаются в проводящее состояние при низком напряжении. После скачка напряжения, когда ток падает ниже тока удержания, устройство возвращается в исходное состояние высокого импеданса.
3. Семейство диодов подавления переходных напряжений (Transient Voltage Suppressor, TVS), действующих за счет быстрого перехода от высокого импеданса к нелинейной характеристике сопротивления, ограничивающей скачки напряжения. TVS-диоды являются универсальными продуктами широкого назначения, поскольку они малогабаритные, обеспечивают быстрое и хорошо контролируемое напряжение ограничения, однако большинство из них обладает относительно высокой емкостью и низким уровнем поглощения, что ограничивает максимальный импульсный ток. Однако, TVS-диоды находят самое широкое применение и выигрывают по сравнению с обычными диодами и тем более со стабилитронами.

Устройства защиты от недопустимых токов

1. Хорошо известные разработчикам и не нуждающиеся в особой рекламе полимерные самовосстанавливающиеся предохранители Multifuse®. Они представляют собой полимерные термисторы с положительным коэффициентом (Polymer Positive Temperature Coefficient, PPTC) и имеют самое широкое применение. В условиях большого тока сопротивление такого предохранителя будет увеличиваться на много порядков и оставаться в этом состоянии, обеспечивая непрерывную защиту цепи до устранения неисправности. После устранения неисправности и периода  остывания предохранитель вернется в свое нормальное положение с низким сопротивлением.
2. Там, где нужно срабатывание без восстановления, хорошим выбором станет семейство Telefuse™ (Telecom Fuses – предохранители для телекоммуникационных линий).Эти устройства представляют собой обычные плавкие предохранители, но заключенные в керамический корпус. Предохранитель нагревается со скоростью, описываемой интегралом Джоуля, - I²t. Как только температура элемента превышает температуру плавления, он испаряется и размыкает цепь. Для разработчиков преимуществом здесь выступает низкое сопротивление таких предохранителей.

Защита от разрядов статического электричества и наведенных перенапряжений

1. Семейство защитных устройств от разрядов статического электричества ESD ChipGuard® состоит из многослойных варисторов (multilayer varistor, MLV). Эту серию отличают низкие токи утечки, которые делают данные элементы незаметными при нормальной работе. Переходные электростатические разряды приводят к тому, что устройство ограничивает напряжение, уменьшая свое эффективное сопротивление, и переходит в состояние высокого импеданса после подавления помех. Семейство продуктов ChipGuard® разработано для защиты оборудования, такого как порты связи, в соответствии с требованиями стандарта IEC61000-4-2, Level 4. Кроме того, варисторы этой технологии имеют емкости до 0,05 пФ, например, CG0402MLU / CG0603ML, что позволяет использовать их для защиты самых высокоскоростных цифровых линий. Портативные беспроводные устройства, в частности сотовые телефоны, ноутбуки и планшетные компьютеры, часто имеют порты данных и / или аудио, в которых для защиты от электростатического разряда предусмотрены именно многослойные варисторы ChipGuard.
2. Семейство диодных матриц. Изготовленные по технологии тонких пленок на кремниевых пластинах в сочетании с упаковкой в масштабе кристалла (Chip Scale Packaging), такие устройства обычно используются в приложениях для портативной электроники, где заказчик указал конкретную характеристику электрического отклика.
3. Объемные силовые металлооксидные (Metal Oxide Varistor MOV) варисторы, выполненные на основе оксида цинка (ZnO) с небольшим содержанием висмута, кобальта, магния и других элементов, образующих микрогранулы. В местах соприкосновения микрогранул варистора возникает эффект проводимости. Поскольку количество гранул в объеме варистора очень велико, абсорбируемая варистором энергия значительно превышает энергию, которая может пройти через единичный p-n переход в диодах. В процессе протекания тока через варистор весь проходящий заряд равномерно распределяется по всему объему. Таким образом, количество энергии, которую способен абсорбировать варистор, напрямую зависит от его объема и может достигать больших величин. Однако такое варисторы подвержены временной деградации.
4. Гибридный компонент, сочетающий компактный газовый разрядник с металлооксидным объемным варистором, защит от перенапряжения GMOV™. Это улучшенное решение для защиты, которое помогает преодолеть проблемы деградации и катастрофических сбоев, возникающих в дискретных MOV, в том случае, если они подвержены кратковременным скачкам напряжения или более длительному перенапряжению, превышающему их максимальные номинальные значения. Гибридные варисторы отличаются малой собственной емкостью и могут использоваться не только для защиты линий питания, но и на высокоскоростных линиях данных.

Ниже подробнее рассмотрены наиболее широко используемые элементы защиты коммерчески доступные от компании BOURNS.

TVS-диоды

Рис.1 Структура двухполярного TVS-диода.

Уже много лет кремниевые TVS-диоды используются в качестве стандартных защитных устройств, часто их путают со стабилитронами, что в корне не верно. TVS-диоды представляют собой твердотельные устройства, выполненные на базе pn-перехода. Они специально разработанные для защиты входов аппаратуры от разрушающего воздействия переходных и наведенных напряжений (рис. 1).

Уровень поглощаемой мощности и импульса тока TVS-диода пропорциональны площади его перехода, поэтому для поглощения высоких переходных токов TVS-диоды сознательно сконструированы с большими поперечными сечениями. Компания BOURNS предлагает диоды для подавления переходных напряжений для защиты от импульсных перенапряжений и электростатических разрядов, соответствующие следующим стандартам: IEC 61000-4-2, IEC 61000-4-4 и IEC 61000-4-5.

Все TVS-диоды компании соответствуют директиве RoHS и стандартам JEDEC, так что с ними легко работать на типовом оборудовании для их захвата и размещения, а плоская конфигурация сводит к минимуму опрокидывание при установке.

В настоящее время у компании есть коммерческие предложения доступны на следующие серии TVS-диодов (таблица 1), а полные данные представлены в соответствующих спецификациях.

Примечание:

Назначение суффиксов: C - двунаправленный диод; DSL - низкий ток утечки; Q – соответствует требованиям AEC-Q101 (дискретные полупроводниковые компоненты для автомобильного оборудования).

Кроме дискретных TVS-диодов компанией BOURNS предлагаются еще и диодные TVS-матрицы.

Варисторы

Рис. 2. Многослойный варистор металлооксидный варистор серии ChipGuard компании BOURNS

Защита от электростатического разряда портов аппаратуры, предлагаемая компанией BOURNS, основана на технологии многослойного варистора (MLV) из оксида цинка ChipGuard (рис. 2). Эта технология обеспечивает отличные электрические характеристики и конкурентное решение для многих приложений требующих защиты от ESD. Многослойные варисторы соответствуют самым высоким регламентам стандартов в части обеспечения помехоустойчивости к высокочастотным наводкам благодаря присущей им высокой линейности вольтамперных характеристик. Они не оказывают воздействия на системные шины, которые их просто не замечают, в то время как полупроводниковые диоды-супрессоры могут вызывать потерю мощности полезного сигнала из-за нелинейности их вольтамперной характеристики и в отдельных случаях оказать влияние на помехоустойчивость.

Многослойный варистор имеет пороговое напряжение, до которого его начальное сопротивление достаточно высокое. По мере увеличения напряжения сопротивление уменьшается с результирующим экспоненциальным увеличением тока. Это позволяет устранить перенапряжение в цепи, которую он защищает, а вся энергия рассеивается в таком защитном устройстве. Как только электрическое возмущение прошло, варистор вернется в свое выключенное состояние с высоким сопротивлением.

Что касается линий передачи, то здесь последовательное сопротивление с емкостью нагрузки создает фильтр первого порядка, замедляющий рост и спад фронтов импульсов. Снижению эффективного последовательного сопротивления помогает разводка печатной платы с более широкими размерами дорожек и утяжелением меди, но наибольшее положительное влияние оказывает уменьшение эффективной емкости. Многослойный варистор CG0603MLC-xxE разработан для обеспечения сверхнизкой емкости 0,05 пФ при минимальном токе утечки. С таким варистором можно строить защиту линий со скоростью передачи 1 Гбит/с и выше. А для коммуникационных приложений с более низкими скоростями до 480 Мбит/с можно рассмотреть использование экономичного семейства CG0603MLD-xxE, которое отличается более высокой максимальной емкостью 5 пФ.

Варисторы серии ChipGuard, предназначенные для защиты входов аппаратуры от ESD, обеспечивают высокую мощность импульсного тока 20 А при воздействии 8/20 мкс даже в сверхмалом форм-факторе 0402. Перечень таких варисторов приведен в таблице 2.

Рис.3. Металлооксидные варисторы серии MOV-10D компании BOURNS

Для защиты линий питания в основном используются объемные метал-оксидные варисторы MOV (рис. 3). Компания BOURNS предлагает такие варисторы диаметром 7 и 10 мм, которые предохраняют устройства от воздействия наведенных перенапряжений, в частности от удара молнии, прямого контакта с цепью электропитания и переходных процессов, связанных с коммутацией индуктивных нагрузок. Эти устройства имеют высокую управляемость по току, высокую способность к поглощению энергии и быстрое время отклика. Перечень таких варисторов приведен в таблице 3.

Компания BOURNS широко известна своими инновационными продуктами и стремится развивать каждую линию в своем портфеле устройств предназначенных для защиты аппаратуры от повреждений, вызванных скачками напряжения, порожденными теми или иными причинами разрядами статического электричества, наводками от внешних источников или переходными процессами, например, при включении/выключении мощных индуктивных нагрузок. Продукты компании предоставляют новую интегрированную компонентную технологию высокой плотности в небольших размерах для высокоскоростных коммуникационных приложений. Важные преимущества для клиентов включают расширенные возможности снижения затрат и повышения производительности для широкого спектра рынков и приложений. В качестве примера на рис. 4 приведено комплексное решение по защите интерфейса RS-485 на элементах компании BOURNS.

Продукцию компании  Вы можете заказать, сделав заявку:

• через Интернет-магазин на сайте www.promelec.ru компании "Промэлектроника";
• по электронному почтовому адресу order@promelec.ru;
• по единому телефону отдела продаж: 8 800 1000 321.