يختلف تأثير ارتفاعات التيار العابرة على الدوائر الإلكترونية، بدءًا من الأخطاء الطفيفة المزعجة إلى العواقب الكارثية التي يمكن أن تسبب تلف مكونات الدوائر.أسباب هذه الظواهر العابرة متنوعة، بما في ذلك البرق، الكهرباء الثابتة، والفراغات المحفزة (الشكل 1).
الشكل 1: يمكن أن يسبب البرق، أو الكهرباء الثابتة، أو التفريغ المحفز، والذي يمكن أن يسبب ضررًا خطيرًا للأجهزة الإلكترونية غير المحمية (مصدر الصورة: Littelfuse Inc.)
مثل هذه العوامل العابرة يمكن أن تولد نبضات مع ذروة الجهد تتراوح من مئات الفولت إلى عشرات الآلاف من الفولت والتيارات التي تصل إلى مستويات الكيلومبير،مع مدة تتراوح من مئات النانو ثانية إلى ملي ثانية.
صغر وحدات التداول المركزية والمعالجات، فضلا عن انخفاض فولتاج إمدادات الطاقة، تجعلها أكثر حساسية للمنتقلات الكهربائية.هذا ينطبق بشكل خاص على المركبات التي يتم التحكم بها بواسطة أنظمة إلكترونية متعددة، بما في ذلك المحرك، والقيادة، والفرامل، وتكييف الهواء، والترفيه.
من أجل حماية الدوائر الحساسة ، تم تطوير استراتيجيات تصميم مختلفة ، بما في ذلك الأسلاك المحمية والمرشحات وقمع القوس وأجهزة الالتزامات.الحماية والفلترات تعتمد على تصميم سلبيفي حين أن قوس القمع وحماية المشبك تعتمد آليات نشطة.وأجهزة إطفاء قوس أخرى تحويل التيارات العابرة إلى الأرض لحماية الدائرةعندما يكون جهاز إطفاء القوس في حالة نشطة ، لا تعمل المعدات المحمية ، ولكن بمجرد اختفاء العابر ، يمكن للمعدات العمل بشكل طبيعي.
أجهزة التثبيت تشمل أجهزة تحكم أكسيد المعدن (MOVs) ، وديودات زينر، وديودات الهطولات القمعية للجهد العابر (TVS) ،التي تحافظ على فولتاج ثابت عبر الجهاز المحمي من خلال تغيير المعوقةيمكن استخدام هذه التقنيات بشكل فردي أو في وقت واحد. تستخدم ثنائيات TVS على نطاق واسع كأجهزة مصاصة بسبب سرعة الاستجابة السريعة وتبديد الطاقة العالي.
ثنائي قمع التوتر العابر
ثنائي TVS هو ثنائي هبوط يستخدم كجهاز تشبيك. عندما يتجاوز الجهد المطبق جهد انهيار الهبوط،سوف تحويل التيار الزائد والحفاظ على أو مشبك الجهد في إمكانات ثابتةعندما يكون الجهد المطبق أقل من قيمة التعطيل، فإنه سيتم إعادة تعيين تلقائيا.
يمكن استخدام ثنائيات TVS كأجهزة أحادية الاتجاه لمنع العابرات أحادية القطب ، وكذلك أجهزة ثنائية الاتجاه لمنع العابرات من أي قطبية (الشكل 2).الأجهزة ثنائية الاتجاه يمكن أن تكون متماثلة، قادرة على ضغط أي جهد قطبي بنفس السعة، أو غير متماثل، قادرة على ضغط مستويات مختلفة من الجهد بناءً على قطبية العابرات.
الشكل 2: خصائص انهيار التوتر الحالي والرموز المخططية لثلاثة أجهزة TVS. (مصدر الصورة: Littelfuse Inc.)
مبدأ عمل ثنائي TVS أحادي الاتجاه مشابه لثنائي TVS بسيط. إنه يقود عندما يكون متحيزًا للأمام ولا يقود عندما يكون متحيزًا للخلف ،حتى يتجاوز فولتاج الكسر (VBR) للديودعندما يتجاوز الجهد المطبق VBR ، يدير الديود ، ويحافظ على الجهد عبر نهاياته في جهد المشبك (VC).القوة القصوى التي يمكن لهذه الديود أن تشتت هي ذروة النبض الحالي (IPP) × VC.
ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاه ثنائي الاتجاههذه العملية متماثلة لأن أمبليتودات فولتاج الانهيار تحت ظروف التحيز اثنين هي نفسها.
وظيفة ثنائيات TVS غير متماثلة مشابهة لتلك الموجودة في الأجهزة ثنائية الاتجاه ، ولكن فولتاجها الانهيارية (VBR1 و VBR2) مختلفة.
ثنائي TVS غير متماثل
قد تتساءل لماذا هناك حاجة إلى ثنائيات TVS غير متماثلة. تم تصميم هذه المكونات لحماية مشغلي البوابة على MOSFETs الكربيد السيليكونية (SiC). بسبب سرعة التبديل السريعة من SiC،هذه السائقين عرضة للأضرار الناجمة عن عابرات الجهد الزائددعونا نلقي نظرة على SiC MOSFET أو عاكس الجاذبية المستخدمة لشحن السيارات (الشكل 3).
الشكل 3: TPSMB1505CA TVS غير المتماثل المستخدمة لحماية سائقي بوابة التبديل SiC MOSFET. (مصدر الصورة: Littelfuse Inc.)
تستخدم TPSMB1505CA TVS غير المتماثلة لتحمي مدرب البوابة من MOSFETs. يحتوي مدرب البوابة على حالتين.بينما في حالة إيقاف تشغيلها هي أقل من -10 فولتالجهد القياسي للكاثود (K) إلى الأندود (A) من TPSMB1505CA هو 16.7 إلى 18.5 فولت ، وبلغ أقصى جهد التشغيل 24.4 فولت.ومدة النبضات العابرة هي 10 إلى 1000 ميس.
فولتاج انقطاع TVS من A إلى K هو 6.8 إلى 7.4 فولت، و أقصى فولت التشغيل هو 11.5 فولت. ذروة نبض التيار في هذا الاتجاه هو 60 A،ومدة النبضات العابرة هي أيضا 10 إلى 1000 msتجدر الإشارة إلى أنه لا يمكن تحقيق ذلك إلا من خلال مكون واحد. إذا تم استخدام مكونات مستقلة لتحقيق هذا الوضع غير المتماثل للعمل ، فيجب أن تعمل مكونات متعددة معًا.
ثنائي TVS غير متماثل من سلسلة Littelfuse TPSMB (الشكل 4) يحتوي على مكونين إضافيين بجهد تشغيل مختلف من K إلى A. يوفر TPSMB1805CA مجموعة جهد تشغيل من K إلى A من 20.0 إلى 21.1 فولت، مع أقصى جهد ضغط 29.2 فولت. Ipp المسمى هو 20.6 A، ومدة النبض هي 10 إلى 1000 ms. نطاق الجهد الانفصالي من A إلى K هو نفس TPSMB1505CA (6.8 إلى 7.4 فولت).