W poprzedniej części omówiliśmy diody Zenera i ich karty katalogowe. W kolejnej, siódmej już części, przyjrzymy się kolejnej wyspecjalizowanej diodzie - transilowi. Element ten, zwany często diodą TVS, służy do ochrony innych elementów elektronicznych przed przepięciami napięcia.
Zanim zajmiemy się analizą karty katalogowej tych diod, dobrze jest zaznajomić się z poprzednimi częściami cyklu dotyczącymi diod prostowniczych, mostków Graetza, diod Schottkiego oraz diod Zenera.
Diody TVS podobne są do diod Zenera - zaprojektowano je tak, by działały bezpiecznie w stanie przebicia w kierunku zaporowym złącza. Jak napisano powyżej diody te stosowane są jako zabezpieczenie innych elementów elektronicznych przed uszkodzeniem w wypadku wystąpienia przepięcia napięcia. Zaprojektowane są tak, by charakteryzowały się szybkim czasem reakcji i dużą mocą w impulsie.
Na potrzeby tego artykułu przyjrzymy się bliżej dwóm rodzinom diod TVS - serii elementów 1.5KE firmy Vishay oraz elementom z rodziny SMDJ firmy Littlefuse. Jak za każdym razem dobrze jest otworzyć sobie karty katalogowe tych elementów w tle bądź wydrukować je, aby łatwiej zrozumieć to, co zapisano w artykule.
Transorby
Transile, w niektórych kręgach, nazywane są czasami transorbami. Nazwa ta pochodzi od marki pod którymi Vishay sprzedaje niektóre swoje diody TVS - "TransZorb".
Moc szczytowa
Diody Vishaya charakteryzują się imponującą mocą maksymalną w impulsie - 1500 W dla elementów w obudowie do montażu przewlekanego z wyprowadzeniami osiowymi. Diody Littlefuse mają jeszcze wyższą moc - 3000 W i to w obudowie do montażu SMD. Vishay produkuje oczywiście diody tego rodzaju o jeszcze wyższej mocy, także w obudowach do montażu powierzchniowego.
W karcie katalogowej zdefiniowano ściśle warunki pomiaru tej mocy. W każdym z omawianych przypadków moc charakteryzuje się dla typowego impulsu o kształcie opisanym w karcie katalogowej.
Nazwy elementów w serii
Podobnie jak w przypadku diod Zenera, większość elementów z omawianych rodzin transili, posiada stabelaryzowane parametry. Elementy uszeregowane są według napięcia przebicia, co pokazano w poniższych tabelach, pochodzących z kart katalogowych:
Tabela z informacjami o diodach Vishay 1.5KE.
Tabela z informacjami o diodach Littlefuse SMDJ.
Jak widać w powyższych fragmentach dokumentacji, nagłówki kolumn są analogicznie zatytułowane, ale są między nimi pewne różnice, poczynając od nazwy. Vishay nazywa swoje elementy zgodnie ze standardem JEDEC oraz General Semiconductor, gdzie Littlefuse wykorzystuje numerację UNI oraz BI.
Numeracja Vishaya, wykorzystująca JEDEC, wskazuje nam, że elementy te są standardem w przemyśle i pasują do dobrze znanych elementów. Nazwy General Semiconductor są oryginalnymi nazwami tych elementów, gdyż Vishay zakupił tą firmę w 2001 roku.
Z kolei oznaczenia Littlefuse, opisane jako UNI oraz BI, wskazują, że elementy te dostępne są w wersji jedno- oraz dwukierunkowej. Widzimy także, że wersje takie dostępne są dla każdego napięcia. Dwukierunkowa dioda TVS to po prostu dwa transile połączone ze sobą szeregowo w dwóch różnych kierunkach. Jest to niezwykle wygodne, ponieważ pozwala na zabezpieczenie sygnałów, które mogą przyjmować ujemne i dodatnie wartości napięcia przed przepięciami w obu kierunkach. Typowym zastosowaniem tego rodzaju rozwiązania jest np. interfejs RS-232. Notka w karcie katalogowej Vishaya zaznacza, że elementy produkowane przez tą firmę także są dostępne w wersji dwukierunkowej.
Obaj producenci prezentują w swoich kartach oznaczenia UL pokazujące, że diody przez nich produkowane otrzymały tego rodzaju certyfikat. Littlefuse prezentuje to w jednej z kolumn tabeli, a Vishay w notce pod tabelą.
Póki co, nie widać różnic pomiędzy elementami, nie licząc innej mocy oraz różnych obudów. W kolejnej sekcji tabeli znajdziemy jednak już ciekawsze informacje rozróżniające obie te rodziny.
W tabeli w karcie katalogowej elementów Vishaya widzimy minimalne i maksymalne napięcie przebicia. Jeśli obliczymy średnią z tych dwóch wartości, to widzimy, że doskonale odpowiada ona wartości nominalnej, którą odczytać można z nazwy elementu. I tak dioda 1.5KE6,8A ma średnie napięcie przebicia wynoszące 6,8 V. Taki sposób zapisu jest niezwykle pomocny podczas doboru elementów. W kolejnych kolumnach widzimy prąd testowy, przy jakim zmierzono przebicie (podobny do prądu przy którym mierzono napięcie Zenera dla diod Zenera) oraz napięcie utrzymania (stand-off voltage).
W tabeli dla diod Littlefuse kolumny ułożone są nieco inaczej. Najpierw jest napięcie podtrzymania, potem napięcie przebicia i prąd pomiarowy. To na co trzeba zwrócić szczególną uwagę, to fakt, że transile Littlefuse nazwane są nie według napięcia przebicia, a napięcia utrzymania. Na przykład dioda SMDJ5.0A ma napięcie podtrzymania równe 5,0 V, a napięcie przebicia w zakresie od 6,4 V do 7,0 V (średnio 6,7 V). Oznacza to, że nie powinniśmy zakładać, że podobnie nazwane elementy będą miały podobne parametry. Na przykład transil 1.5KE7,5 firmy Vishay nie ma takiego samego napięcia przebicia co dioda TVS SMDJ7.5A od Littlefuse.
Napięcie utrzymania
Czym w ogóle jest ten parametr i dlaczego jest on tak ważny, że Littlefuse zdecydowało się wykorzystać go do nazwania swoich elementów?
Jest to najwyżej napięcie zaporowe, jakie przyłożyć można do elementu bez obserwowania przebicia. Jeśli spojrzymy w kolejną kolumnę - z napięciem przebicia - zobaczymy, że ma ono minimalnie większą wartość niż napięcie utrzymania. Napięcie przebicia jest poziomem, przy którym prąd zacznie płynąć przez diodę w kierunku zaporowym. Dlatego też, jeśli w naszym systemie występuje sygnał o maksymalnym napięciu równym 5 V, to dołączyć można do niego diodę o napięciu utrzymania co najmniej równym 5 V. Dlatego też Littlefuse zdecydowało się na wykorzystanie tej wartości do opisu elementów.
Nie wynika to z jakiejś krytycznej różnicy pomiędzy diodami Vishaya i Littlefuse. To raczej różnica spowodowana typowymi aplikacjami poszczególnych serii transili, z myślą o których firmy produkują te elementy.
Przykład z symulatora
Idźmy dalej. W kolejnej kolumnie widzimy parametry takie jak maksymalny prąd w impulsie, maksymalne napięcie przepięcia (Maximum Clamping Voltage) oraz upływ prądu w kierunku zaporowym. Jedną z wartości, na które warto zwrócić uwagę, jest maksymalne napięcie przepięcia - jest ono istotnie wyższe, niż napięcie przebicia, ale zmierzone również przy o wiele wyższym prądzie - maksymalnym prądzie impulsowym.
Na kolejnych stronach, po tabelach, widzimy wykresy pokazujące charakterystyki diody. Znajdziemy tam wykres spadku napięcia w kierunku przewodzenia (co jest istotne dla elementów dwukierunkowych) oraz pojemności. Wykres spadku napięcia wskazuje jasno, że dioda dwukierunkowa zabezpiecza linie przed przepięciami dodatnimi i ujemnymi.
Aby zilustrować działanie transila przeprowadźmy jego prostą symulację w programie SPICE, wykorzystując do tego model zaprezentowany na poniższym schemacie (po lewej). Opornik 1 Ω reprezentuje wewnętrzną rezystancję źródła napięciowego. Dioda D1 to dwukierunkowy transil Littlefuse - SMDJ5.0A.
Powyżej, po prawej stronie, widzimy wyniki symulacji w postaci przebiegu napięcia w czasie. Na górnym wykresie widzimy przepięcie ze źródła, a na dolnym napięcie za diodą TVS.
W karcie katalogowej od Littlefuse widzimy na trzeciej stronie dwie charakterystyki prądowo-napięciowe (I/V) dla diod jedno- i dwukierunkowych (po lewej). Znajdziemy tam także definicję wszystkich parametrów diody na wykresie I/V. Pozwoli to lepiej zrozumieć znaczenie poszczególnych parametrów. Te same informacje odnoszą się także dla diod innych producentów, w tym Vishaya, jednakże zamieszczony tutaj wykres najlepiej chyba obrazuje fizyczne znaczenie poszczególnych napięć i prądów charakterystycznych.
Diody TVS często stosuje się do zabezpieczania linii, które wchodzą do urządzenia "z zewnątrz". Typowym przypadkiem są interfejsy komunikacyjne, ale należy uważać, gdy się je stosuje, szczególnie do ochrony szybkich interfejsów. Transile mają dosyć wysoką pojemność, co sprawia, że nie wszystkie diody TVS nadają się do ochrony interfejsów cyfrowych. Spójrzmy na wykres 4 z karty katalogowej diod 1.5KE Vishaya (po prawej stronie) - pokazuje on zależność pojemności złącza diody od jej napięcia przebicia. Widać, że stosowanie tych elementów w szybkich interfejsach cyfrowych może być problematyczne. Na szczęście dostępne są już szybkie diody tego rodzaju, które często dedykowane są wręcz do ochrony przeciwprzepięciowej interfejsów komunikacyjnych.
Powyższy artykuł zamyka w zasadzie rozdział poświęcony diodom. Zapraszam do komentowania i zadawania pytań, a w kolejnej części zajmiemy się innymi elementami elektronicznymi i ich kartami katalogowymi.
Źródło: https://www.eeweb.com/profile/elizabeth-simon/articles/how-to-read-data-sheets-tvs-diodes
Zanim zajmiemy się analizą karty katalogowej tych diod, dobrze jest zaznajomić się z poprzednimi częściami cyklu dotyczącymi diod prostowniczych, mostków Graetza, diod Schottkiego oraz diod Zenera.
Diody TVS podobne są do diod Zenera - zaprojektowano je tak, by działały bezpiecznie w stanie przebicia w kierunku zaporowym złącza. Jak napisano powyżej diody te stosowane są jako zabezpieczenie innych elementów elektronicznych przed uszkodzeniem w wypadku wystąpienia przepięcia napięcia. Zaprojektowane są tak, by charakteryzowały się szybkim czasem reakcji i dużą mocą w impulsie.
Transorby
Transile, w niektórych kręgach, nazywane są czasami transorbami. Nazwa ta pochodzi od marki pod którymi Vishay sprzedaje niektóre swoje diody TVS - "TransZorb".
Moc szczytowa
Diody Vishaya charakteryzują się imponującą mocą maksymalną w impulsie - 1500 W dla elementów w obudowie do montażu przewlekanego z wyprowadzeniami osiowymi. Diody Littlefuse mają jeszcze wyższą moc - 3000 W i to w obudowie do montażu SMD. Vishay produkuje oczywiście diody tego rodzaju o jeszcze wyższej mocy, także w obudowach do montażu powierzchniowego.
W karcie katalogowej zdefiniowano ściśle warunki pomiaru tej mocy. W każdym z omawianych przypadków moc charakteryzuje się dla typowego impulsu o kształcie opisanym w karcie katalogowej.
Nazwy elementów w serii
Podobnie jak w przypadku diod Zenera, większość elementów z omawianych rodzin transili, posiada stabelaryzowane parametry. Elementy uszeregowane są według napięcia przebicia, co pokazano w poniższych tabelach, pochodzących z kart katalogowych:
Tabela z informacjami o diodach Vishay 1.5KE.
Tabela z informacjami o diodach Littlefuse SMDJ.
Jak widać w powyższych fragmentach dokumentacji, nagłówki kolumn są analogicznie zatytułowane, ale są między nimi pewne różnice, poczynając od nazwy. Vishay nazywa swoje elementy zgodnie ze standardem JEDEC oraz General Semiconductor, gdzie Littlefuse wykorzystuje numerację UNI oraz BI.
Numeracja Vishaya, wykorzystująca JEDEC, wskazuje nam, że elementy te są standardem w przemyśle i pasują do dobrze znanych elementów. Nazwy General Semiconductor są oryginalnymi nazwami tych elementów, gdyż Vishay zakupił tą firmę w 2001 roku.
Z kolei oznaczenia Littlefuse, opisane jako UNI oraz BI, wskazują, że elementy te dostępne są w wersji jedno- oraz dwukierunkowej. Widzimy także, że wersje takie dostępne są dla każdego napięcia. Dwukierunkowa dioda TVS to po prostu dwa transile połączone ze sobą szeregowo w dwóch różnych kierunkach. Jest to niezwykle wygodne, ponieważ pozwala na zabezpieczenie sygnałów, które mogą przyjmować ujemne i dodatnie wartości napięcia przed przepięciami w obu kierunkach. Typowym zastosowaniem tego rodzaju rozwiązania jest np. interfejs RS-232. Notka w karcie katalogowej Vishaya zaznacza, że elementy produkowane przez tą firmę także są dostępne w wersji dwukierunkowej.
Obaj producenci prezentują w swoich kartach oznaczenia UL pokazujące, że diody przez nich produkowane otrzymały tego rodzaju certyfikat. Littlefuse prezentuje to w jednej z kolumn tabeli, a Vishay w notce pod tabelą.
Póki co, nie widać różnic pomiędzy elementami, nie licząc innej mocy oraz różnych obudów. W kolejnej sekcji tabeli znajdziemy jednak już ciekawsze informacje rozróżniające obie te rodziny.
W tabeli w karcie katalogowej elementów Vishaya widzimy minimalne i maksymalne napięcie przebicia. Jeśli obliczymy średnią z tych dwóch wartości, to widzimy, że doskonale odpowiada ona wartości nominalnej, którą odczytać można z nazwy elementu. I tak dioda 1.5KE6,8A ma średnie napięcie przebicia wynoszące 6,8 V. Taki sposób zapisu jest niezwykle pomocny podczas doboru elementów. W kolejnych kolumnach widzimy prąd testowy, przy jakim zmierzono przebicie (podobny do prądu przy którym mierzono napięcie Zenera dla diod Zenera) oraz napięcie utrzymania (stand-off voltage).
W tabeli dla diod Littlefuse kolumny ułożone są nieco inaczej. Najpierw jest napięcie podtrzymania, potem napięcie przebicia i prąd pomiarowy. To na co trzeba zwrócić szczególną uwagę, to fakt, że transile Littlefuse nazwane są nie według napięcia przebicia, a napięcia utrzymania. Na przykład dioda SMDJ5.0A ma napięcie podtrzymania równe 5,0 V, a napięcie przebicia w zakresie od 6,4 V do 7,0 V (średnio 6,7 V). Oznacza to, że nie powinniśmy zakładać, że podobnie nazwane elementy będą miały podobne parametry. Na przykład transil 1.5KE7,5 firmy Vishay nie ma takiego samego napięcia przebicia co dioda TVS SMDJ7.5A od Littlefuse.
Napięcie utrzymania
Czym w ogóle jest ten parametr i dlaczego jest on tak ważny, że Littlefuse zdecydowało się wykorzystać go do nazwania swoich elementów?
Jest to najwyżej napięcie zaporowe, jakie przyłożyć można do elementu bez obserwowania przebicia. Jeśli spojrzymy w kolejną kolumnę - z napięciem przebicia - zobaczymy, że ma ono minimalnie większą wartość niż napięcie utrzymania. Napięcie przebicia jest poziomem, przy którym prąd zacznie płynąć przez diodę w kierunku zaporowym. Dlatego też, jeśli w naszym systemie występuje sygnał o maksymalnym napięciu równym 5 V, to dołączyć można do niego diodę o napięciu utrzymania co najmniej równym 5 V. Dlatego też Littlefuse zdecydowało się na wykorzystanie tej wartości do opisu elementów.
Nie wynika to z jakiejś krytycznej różnicy pomiędzy diodami Vishaya i Littlefuse. To raczej różnica spowodowana typowymi aplikacjami poszczególnych serii transili, z myślą o których firmy produkują te elementy.
Przykład z symulatora
Idźmy dalej. W kolejnej kolumnie widzimy parametry takie jak maksymalny prąd w impulsie, maksymalne napięcie przepięcia (Maximum Clamping Voltage) oraz upływ prądu w kierunku zaporowym. Jedną z wartości, na które warto zwrócić uwagę, jest maksymalne napięcie przepięcia - jest ono istotnie wyższe, niż napięcie przebicia, ale zmierzone również przy o wiele wyższym prądzie - maksymalnym prądzie impulsowym.
Na kolejnych stronach, po tabelach, widzimy wykresy pokazujące charakterystyki diody. Znajdziemy tam wykres spadku napięcia w kierunku przewodzenia (co jest istotne dla elementów dwukierunkowych) oraz pojemności. Wykres spadku napięcia wskazuje jasno, że dioda dwukierunkowa zabezpiecza linie przed przepięciami dodatnimi i ujemnymi.
Aby zilustrować działanie transila przeprowadźmy jego prostą symulację w programie SPICE, wykorzystując do tego model zaprezentowany na poniższym schemacie (po lewej). Opornik 1 Ω reprezentuje wewnętrzną rezystancję źródła napięciowego. Dioda D1 to dwukierunkowy transil Littlefuse - SMDJ5.0A.
Powyżej, po prawej stronie, widzimy wyniki symulacji w postaci przebiegu napięcia w czasie. Na górnym wykresie widzimy przepięcie ze źródła, a na dolnym napięcie za diodą TVS.
Powyższy artykuł zamyka w zasadzie rozdział poświęcony diodom. Zapraszam do komentowania i zadawania pytań, a w kolejnej części zajmiemy się innymi elementami elektronicznymi i ich kartami katalogowymi.
Źródło: https://www.eeweb.com/profile/elizabeth-simon/articles/how-to-read-data-sheets-tvs-diodes
Cool? Ranking DIY
aczkolwiek pierwszy krok jest już w powyższym tekście opisany - napięcie przebicia musi być większe niż napięcie naszego sygnału 
.
