Protección optimizada del bus de alta potencia con menos soldaduras

La protección de bus de alimentación de corriente continua (CC) de alta densidad mediante diseños con orificios pasantes suele requerir dos operaciones de soldadura durante el proceso de fabricación. Los diodos TVS (supresión de tensiones transitorias) en encapsulado discreto plano sin plomo (DFN) de Bourns Inc. utilizan un diseño de montaje en superficie que elimina las operaciones de soldadura en la parte inferior para los diseños modernos con componentes de protección de alta potencia.

Cuando se busca proporcionar protección eléctrica a un sistema, se lleva a cabo un examen exhaustivo para determinar qué amenazas potenciales existen para los componentes del circuito. En el caso de los componentes Power TVS (PTVS) o dispositivos de bloqueo de tensión, el diodo se clasifica en función del tiempo que dura la sobretensión y la corriente máxima de productores independientes de energía (IPP) que puede soportar. Reducir la amplitud de la tensión mientras se conduce la corriente es crucial hasta que finalmente termina el tiempo de sobretensión.

La protección contra el voltaje excesivo, que puede deberse a transitorios de la línea eléctrica, arcos eléctricos en los motores, rayos y descargas electrostáticas (ESD), elimina la necesidad de reparar y sustituir componentes vitales dañados.

Como líder mundial en protección de circuitos, Bourns ofrece una amplia línea de componentes de protección contra sobretensiones y sobrecorrientes, incluida la protección de baja capacitancia.

Siempre atento, siempre protegiendo los componentes vitales

Cuando funcionan perfectamente, los componentes de protección eléctrica pasan desapercibidos hasta que un fallo reafirma su necesidad. Sin embargo, la protección debe ser adecuada o el sistema seguirá siendo vulnerable y existe la posibilidad de que se produzcan daños graves. Esto puede resultar costoso cuando se produce un tiempo de inactividad o es necesario realizar llamadas de mantenimiento.

Las empresas de telecomunicaciones que utilizan sistemas de alimentación de CA y CC siempre necesitan protección contra rayos indirectos y sobretensiones en la línea de alimentación.

Los dispositivos PTVS empaquetados en DFN de Bourns ofrecen muchas características que proporcionan una protección eficaz y óptima para una gran variedad de circuitos de nivel de señal y potencia.

El PTVS2-058C-H es un diodo de la serie PTVS de montaje superficial y uso general que cumple la normativa ROHS3 (Figura 1). Con una capacidad de sobretensión de 2 kA y 8/20 µs, ofrece una tensión de separación repetitiva de 22 a 86 V y TVS bidireccional. La protección del bus de CC de alta potencia y la resistencia contra rayos y sobretensiones inductivas y transitorias hasta los límites nominales sitúan al PTVS2-058C-H entre los mejores diodos TVS de alta corriente.

Figura 1: El diodo de la serie PTVS PTVS2-058C-H ofrece un excelente rendimiento a distintas temperaturas. (Fuente de la imagen: Bourns)

Definir los términos de la tarea

La terminología específica se hace evidente cuando se investigan los diodos TVS: aprender los conceptos básicos puede facilitar mucho la búsqueda para encontrar los componentes de protección adecuados:

• Corriente de pico de impulso (IPP): La corriente de pico máxima que puede soportar un diodo sin sufrir daños.
• Tensión de bloqueo (VC): La tensión máxima a través del circuito de protección para un IPP determinado.
• Tensión de separación inversa repetitiva (VWM): Es el umbral de tensión de funcionamiento normal, también conocido como tensión de pico máxima de trabajo. La tensión aplicada a través del diodo es inferior al umbral debido a la protección del circuito proporcionada por el diodo TVS de alta impedancia.
• Tensión de ruptura (VBR): Es el umbral a partir del cual el diodo TVS comienza a conducir una corriente determinada y no debe superar el máximo del circuito integrado protegido.

Se necesitan muchos niveles de protección

Cuando se trata de solucionar posibles averías, siempre va a haber opciones.

Normalmente, un circuito requiere muchos tipos y niveles de protección. Además, para los circuitos que necesitan dos o más niveles de protección contra transitorios de tensión de entrada, la coordinación de las capacidades de los componentes proporciona un mayor nivel de defensa para que los componentes puedan alcanzar un rendimiento óptimo.

Los diodos PTVS, como componente de sujeción, evitan que la tensión supere los niveles preestablecidos suprimiendo las tensiones transitorias de arranque e inductivas, y la función de sujeción se libera una vez que desaparece la sobretensión. Una abrazadera TVS es una unión bipolar de silicio. Es similar a un diodo Zener, pero capaz de sobrevivir a la tensión de ruptura inversa, disipando un transitorio relativamente corto.

El TVS de sujeción difiere de un componente de palanca, que mantiene la tensión en un valor bajo a través de sí mismo hasta que pasa la sobretensión.

Junto con el silicio, las abrazaderas pueden construirse utilizando un varistor de óxido metálico (MOV), un supresor de transitorios de tensión semiconductor bidireccional. Normalmente, la tensión a través del dispositivo disminuye a medida que aumenta la corriente que lo atraviesa. En comparación con un diodo PTVS, el MOV hace que la tensión baje y permanezca constante a medida que la corriente sigue aumentando tras un pico inicial de corta duración. Además, un diodo PTVS tiene una tensión de bloqueo mucho menor que un MOV para la misma corriente de choque.

El diodo ESD9B5.0ST5G de montaje superficial (Figura 2) forma parte de la serie ESD9B, diseñada para proteger los componentes sensibles de las descargas electrostáticas (ESD), con bajas fugas, rápidos tiempos de respuesta y excelente capacidad de sujeción. Su reducido tamaño lo hace idóneo para teléfonos móviles, reproductores MP3 y multitud de aplicaciones portátiles en las que el espacio de la placa es escaso.

Figura 2: Con unas pequeñas dimensiones de 1.0 mm por 0.60 mm y una baja altura de 0.4 mm, el ESD9B5.0ST5G de onsemi es ideal para los componentes miniaturizados de hoy en día. (Fuente de la imagen: Bourns)

Cómo elegir el diodo adecuado

La mayoría de los proveedores de diodos PTVS incluyen directrices genéricas de selección en sus fichas técnicas. A la hora de elegir un diodo, suelen primar las características del circuito que necesita protección eléctrica y la norma de ensayo del circuito. La norma más citada es la CEI 61000-4-5.

Al seleccionar un diodo PTVS, considere uno con una tensión de separación superior a la tensión de funcionamiento prevista de la aplicación. Busque la tensión nominal máxima absoluta de todos los dispositivos de la línea protegida y seleccione un diodo con una tensión de bloqueo máxima inferior.

Los diodos infravalorados o no diseñados para la corriente máxima probablemente fallarán en caso de sobretensión, destruyendo el circuito. "Prever lo peor" es un adagio que hay que recordar, por lo que verificar que la corriente de pico IPP especificada superará con seguridad la corriente de pico prevista en cada situación contribuye en gran medida a evitar posibles fallos y daños en circuitos valiosos.

Diodos PTVS y protección de puertos

Los diodos PTVS también son ideales para proteger los puertos de alimentación, tanto las salidas de las fuentes de alimentación como las entradas de alimentación, especialmente cuando una gran distancia separa ambas funciones.

En caso de exposición a eventos de sobretensión en operaciones remotas para cables de conexión de alimentación, alimentación a través de Ethernet (PoE), equipos de suministro de alimentación (PSE) y suministro de alimentación (PD), las conexiones en los conectores de puerto RJ-45 deben estar protegidas. Para garantizarlo, hay dispositivos disponibles para proteger las tensiones máximas de alimentación de telecomunicaciones y PoE de 60 V, incluida la protección contra sobretensiones de 48 V en células pequeñas 5G.

Bourns ofrece encapsulados DFN de montaje en superficie exactamente para estas necesidades con diodos como el PTVS1-026C-H para 1 kA y el PTVS2-026C-H para 2 kA, eficaces para sistemas de telemetría de 24 V y control industrial.

Conclusión:

La energía transitoria, la formación de arcos en los motores, las descargas electrostáticas y los rayos suponen una amenaza real de dañar circuitos eléctricos vitales. Utilizar las capas adecuadas de protección mediante diodos de protección contra sobretensiones, como los que ofrece Bourns, Inc., es vital para evitar costosas reparaciones y sustituciones, por no hablar de las paradas de producción y servicio.

Bourns se ha consolidado como líder mundial en protección de circuitos, proporcionando una amplia línea de componentes de protección contra sobretensión y sobrecorriente y protección de baja capacitancia.