Tác động của các đợt tăng điện áp tạm thời trên các mạch điện tử khác nhau, từ các lỗi nhỏ gây phiền toái đến hậu quả thảm khốc có thể gây thiệt hại cho các thành phần mạch.Nguyên nhân của những hiện tượng thoáng qua như vậy rất đa dạng., bao gồm sét, điện tĩnh và xả điện gây ra (Hình 1).
Hình 1: Tốc thời có thể được gây ra bởi sét, điện tĩnh hoặc xả điện gây ra, có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho các thiết bị điện tử không được bảo vệ (nguồn hình: Littelfuse Inc.)
Những biến cố như vậy có thể tạo ra xung với điện áp đỉnh dao động từ hàng trăm volt đến hàng chục ngàn volt và dòng điện đạt mức kiloampere,với thời gian dao động từ hàng trăm nanosecond đến millisecond.
Việc thu nhỏ các IC và bộ vi xử lý, cũng như giảm điện áp cung cấp điện, làm cho chúng nhạy cảm hơn với các biến thể điện.Điều này đặc biệt đúng đối với xe được điều khiển bởi nhiều hệ thống điện tử, bao gồm động cơ, lái, phanh, điều hòa không khí và giải trí.
Để bảo vệ các mạch nhạy cảm, các chiến lược thiết kế khác nhau đã được phát triển, bao gồm dây bảo vệ, bộ lọc, ngăn cung và các thiết bị kẹp.Bảo vệ và lọc áp dụng thiết kế thụ động, trong khi chống cung và bảo vệ kẹp sử dụng các cơ chế hoạt động.và các thiết bị dập cung khác chuyển dòng điện thoáng qua xuống mặt đất để bảo vệ mạchKhi thiết bị dập cung đang hoạt động, thiết bị được bảo vệ không hoạt động, nhưng một khi biến mất, thiết bị có thể hoạt động bình thường.
Thiết bị kẹp bao gồm các varistor oxit kim loại (MOV), các diode Zener và các diode tuyết lót (TVS),duy trì điện áp không đổi trên thiết bị được bảo vệ bằng cách thay đổi trở khángCác công nghệ này có thể được sử dụng riêng lẻ hoặc đồng thời.
Đèn giảm điện áp thoáng qua
TVS diode là một diode tuyết rơi được sử dụng như một thiết bị kẹp.nó sẽ chuyển hướng dòng điện quá mức và duy trì hoặc kẹp điện áp ở một tiềm năng không đổi. Khi điện áp áp dụng thấp hơn giá trị hỏng, nó sẽ tự động đặt lại.
TVS diode có thể được sử dụng như các thiết bị đơn hướng để ngăn chặn các transient đơn cực, cũng như các thiết bị hai hướng để ngăn chặn các transient của bất kỳ cực nào (Hình 2).Thiết bị hai chiều có thể đối xứng, có khả năng kẹp bất kỳ điện áp cực nào với cùng một biên độ, hoặc không đối xứng, có khả năng kẹp ở các mức điện áp khác nhau dựa trên độ cực của các transient.
Hình 2: Đặc điểm chia rẽ điện áp hiện tại và biểu tượng sơ đồ của ba thiết bị TVS (nguồn hình: Littelfuse Inc.)
Nguyên tắc hoạt động của một TVS diode một chiều tương tự như một diode đơn giản. Nó dẫn khi hướng về phía trước và không dẫn khi hướng ngược,cho đến khi nó vượt quá điện áp phá vỡ (VBR) của diodeKhi điện áp áp dụng vượt quá VBR, đèn LED dẫn, duy trì điện áp qua các đầu cuối của nó ở điện áp kẹp (VC).Lượng điện tối đa mà diode này có thể phân tán là dòng xung đỉnh (IPP) x VC.
Một TVS diode hai chiều tương đương với hai diode back-to-back. Khi điện áp phá vỡ (VBR) không được vượt quá ở bất kỳ hướng nào, chỉ có một dòng chảy rò rỉ ngược nhỏ (IR).Hoạt động này là đối xứng bởi vì các khuếch đại điện áp phá vỡ dưới hai điều kiện thiên vị là như nhau.
Chức năng của đèn TVS không đối xứng tương tự như các thiết bị hai chiều, nhưng điện áp phá vỡ của chúng (VBR1 và VBR2) khác nhau.
Đèn TVS không đối xứng
Bạn có thể đang tự hỏi tại sao các tia TVS không đối xứng là cần thiết. Những thành phần này được thiết kế để bảo vệ các trình điều khiển cổng trên silicon carbide (SiC) MOSFET.các trình điều khiển này dễ bị hư hỏng do quá tải transientsChúng ta hãy xem xét SiC MOSFET hoặc biến tần kéo được sử dụng để sạc xe (Hình 3).
Hình 3: TVS TPSMB1505CA không đối xứng được sử dụng để bảo vệ các trình điều khiển cổng chuyển mạch SiC MOSFET. (Máy ảnh: Littelfuse Inc.)
Asymmetric Littelfuse TPSMB1505CA TVS được sử dụng để bảo vệ trình điều khiển cổng của MOSFET.trong khi trong trạng thái tắt nó dưới -10 V. Đánh giá điện áp phá vỡ cathode (K) đến anode (A) của TPSMB1505CA là 16,7 đến 18,5 V, và điện áp kẹp tối đa là 24,4 V. Ipp theo hướng này là 24,6 A,và thời gian xung thoáng qua là 10 đến 1000 ms.
Điện áp phá vỡ của TVS từ A đến K là 6,8 đến 7,4 V, và điện áp kẹp tối đa là 11,5 V. Điện áp xung đỉnh theo hướng này là 60 A,và thời gian xung thoáng qua cũng là 10 đến 1000 msĐiều đáng chú ý là điều này chỉ có thể đạt được thông qua một thành phần duy nhất. Nếu các thành phần độc lập được sử dụng để đạt được chế độ làm việc không đối xứng này, nhiều thành phần cần phải làm việc cùng nhau.
Diốt TVS không đối xứng dòng Littelfuse TPSMB (Hình 4) bao gồm hai thành phần bổ sung với điện áp phá vỡ khác nhau từ K đến A. TPSMB1805CA cung cấp một phạm vi điện áp phá vỡ K đến A 20.0 đến 21.1 V, với điện áp kẹp tối đa là 29,2 V. Ipp định số là 20,6 A, và thời gian xung là 10 đến 1000 ms. Phạm vi điện áp ngắt từ A đến K giống như TPSMB1505CA (6,8 đến 7,4 V).