Proteção otimizada de barramentos de alta potência com menos solda

A proteção de potência em barramentos de corrente contínua (CC) de alta densidade utilizando designs com furo passante requer normalmente duas operações de soldagem durante o processo de fabricação. Os diodos TVS (supressão de tensão transitória) discretos com invólucro plano sem condutores (DFN) da Bourns Inc. utilizam um design de montagem em superfície, eliminando as operações de soldagem na parte inferior para projetos modernos com componentes de proteção de alta potência.

Quando se procura fornecer proteção de energia a um sistema, é realizado um exame minucioso para determinar que potenciais ameaças existem para os componentes do circuito. No caso dos componentes TVS de potência (PTVS) ou dos dispositivos limitadores de tensão, o diodo é dimensionado em função do período de tempo em que a tensão de pico ocorre e da corrente máxima dos produtores independentes de energia (IPPs) que pode suportar. Reduzir a amplitude da tensão enquanto se conduz a corrente é crucial até que o tempo de pico termine finalmente.

A proteção contra a tensão excessiva — que pode resultar de transientes na linha de alimentação, arcos no motor, descargas atmosféricas e descargas eletrostáticas (ESD) — elimina a necessidade de reparar e substituir componentes vitais danificados.

Como líder global em proteção de circuitos, a Bourns fornece uma vasta linha de componentes de proteção contra sobretensão e sobrecorrente, incluindo proteção de baixa capacitância.

Sempre vigilante, sempre protegendo componentes vitais

Quando estão funcionando perfeitamente, os componentes de proteção de energia passam despercebidos até que uma falha reafirme sua necessidade. No entanto, a proteção deve ser adequada, caso contrário o sistema permanece vulnerável e existe a possibilidade de danos graves. Esta situação pode tornar-se dispendiosa quando há paralisação ou necessidade de efetuar chamadas de manutenção.

As telecomunicações que usam sistemas de fonte de alimentação CA e CC sempre precisam de proteção contra eventos como quedas indiretas de raios e surtos na linha de energia.

Os dispositivos PTVS da Bourns, com invólucros DFN, oferecem muitas caraterísticas que proporcionam uma proteção eficaz e ideal para uma variedade de circuitos de nível de sinal e de potência.

O PTVS2-058C-H é um diodo da série PTVS de uso geral, de montagem em superfície, que está em conformidade com a norma ROHS3 (Figura 1). Com uma capacidade de surto de 2 kA, 8/20 µs, oferece uma tensão de isolação repetitiva de 22 a 86 V e TVS bidirecional. A proteção do barramento CC de alta potência, a resiliência contra descargas atmosféricas e surtos indutivos e transitórios até aos limites dimensionados colocam o PTVS2-058C-H entre os melhores diodos TVS de alta corrente.

Figura 1: O diodo da série PTVS PTVS2-058C-H oferece um excelente desempenho sobre uma faixa de temperaturas. (Fonte da imagem: Bourns)

Definição dos termos da tarefa

A terminologia específica torna-se evidente quando se pesquisam diodos TVS — aprender o básico pode facilitar muito a pesquisa para encontrar os componentes de proteção certos:

• Corrente de pulso de pico (IPP): A corrente máxima de surto que um diodo pode suportar sem sofrer danos.
• Tensão de grampeamento (VC): A tensão de limitação máxima através do circuito de proteção para um determinado valor de IPP.
• Tensão de isolação inversa repetitiva (VWM): Este é o limiar de tensão de funcionamento normal, também conhecida como tensão máxima de pico de trabalho. A tensão aplicada através do diodo é inferior ao limiar devido à proteção do circuito fornecida pelo diodo TVS de alta impedância.
• Tensão de ruptura (VBR): Este é o limiar a partir do qual o diodo TVS começa a conduzir uma corrente especificada e não deve exceder o máximo para o circuito integrado protegido.

São necessários vários níveis de proteção

Quando se trata de solucionar possíveis falhas, sempre haverá opções.

Normalmente, um circuito requer muitos tipos e níveis de proteção. Além disso, para circuitos que necessitam de dois ou mais níveis de proteção contra transientes de tensão de entrada, a coordenação das capacidades dos componentes proporciona um nível elevado de defesa para que os componentes possam atingir um desempenho ideal.

Os diodos PTVS, como componente de limitação, impedem que a tensão exceda os níveis predefinidos, suprimindo as tensões transitórias de partida e tensões indutivas, com a função de limitação libertada assim que a sobretensão desaparece. Um limitador TVS é uma junção bipolar de silício. É semelhante a um diodo Zener, mas capaz de sobreviver à tensão de ruptura inversa, dissipando um evento transitório relativamente curto.

O TVS de limitação é diferente de um componente crowbar, que mantém a tensão num valor baixo através de si próprio até que o surto passe.

Juntamente com o silício, os limitadores podem ser construídos utilizando um varistor de metal-óxido (MOV), um supressor de transientes de tensão semicondutor bidirecional. Normalmente, a tensão através do dispositivo diminui à medida que a corrente que o atravessa aumenta. Em comparação com um diodo PTVS, o MOV faz com que a tensão baixe e permaneça constante à medida que a corrente continua a aumentar após um pico inicial de curta duração. Além disso, um diodo PTVS tem uma tensão de limitação muito mais baixa do que um MOV para a mesma corrente de surto.

O diodo ESD9B5.0ST5G de montagem em superfície (Figura 2) faz parte da série ESD9B, concebida para proteger componentes sensíveis contra descargas eletrostáticas (ESD), com baixa fuga, tempos de resposta rápidos e excelente capacidade de limitação. O seu tamanho reduzido torna-o adequado para celulares, tocadores de MP3 e inúmeras aplicações portáteis em que o espaço na placa é escasso.

Figura 2: Com dimensões reduzidas de 1,0 mm por 0,60 mm e uma altura reduzida de 0,4 mm, o ESD9B5.0ST5G da onsemi é ideal para os atuais componentes miniaturizados. (Fonte da imagem: Bourns)

Como escolher o diodo certo

A maioria dos fornecedores de diodos PTVS inclui orientações genéricas de seleção nas suas fichas técnicas. Quando se escolhe um diodo, as caraterísticas do circuito que necessita de proteção elétrica e o padrão de teste do circuito são normalmente os fatores mais importantes. A norma citada com mais frequência é a IEC 61000-4-5.

Ao selecionar um diodo PTVS, considere um com uma tensão de isolação superior à tensão operacional prevista para a aplicação. Encontre o dimensionamento da tensão máxima absoluta de todos os dispositivos ao longo da linha protegida e selecione um diodo com uma tensão de limitação máxima inferior a essa.

Os diodos abaixo das especificações ou os que não foram concebidos para a corrente máxima irão provavelmente falhar em caso de surto, destruindo o circuito. "Esperar o pior" é um ditado a ter em conta, por isso, é um grande passo verificar se o valor de IPP da corrente de pico especificada excederá com segurança a corrente de pico esperada em todas as situações para evitar potenciais falhas e danos em circuitos valiosos.

Diodos PTVS e proteção de portas

Os diodos PTVS são também ideais para proteger as portas de alimentação, tanto as saídas das fontes de alimentação como as entradas de alimentação, especialmente quando uma longa distância separa as duas funções.

Em caso de exposição a surtos em operações remotas para cabos de conexão de energia, Alimentação via Ethernet (PoE), equipamento de fornecimento de energia (PSE) e para fornecimento de energia (PD), as ligações nos conectores das portas RJ-45 devem ser protegidas. Para garantir isso, dispositivos estão disponíveis para proteger as tensões máximas de alimentação de telecomunicações e PoE de 60 V, incluindo proteção contra surto de 48 V em células pequenas 5G.

A Bourns fornece invólucros DFN de montagem em superfície exatamente para estas necessidades com diodos como o PTVS1-026C-H para 1 kA e o PTVS2-026C-H para 2 kA, eficazes para sistemas de telemetria e controle industrial de 24 V.

Conclusão

A alimentação transiente, o arco voltaico no motor, a descarga eletrostática e os relâmpagos representam uma ameaça real de danificar os circuitos elétricos vitais. Utilizar as camadas corretas de proteção através de diodos de proteção contra surtos, como os oferecidos pela Bourns, Inc., é vital para evitar reparações e substituições dispendiosas — sem falar da paralisação da produção e do serviço.

A Bourns estabeleceu-se como uma líder global em proteção de circuitos, fornecendo uma vasta linha de componentes de proteção contra sobretensão e sobrecorrente e proteção de baixa capacitância.