Диоды TRANSIL, TVS и TRISIL


В последние годы за рубежом для защиты дорогостоящего оборудования все чаще применяют быстродействующие TRANSIL-, TRISIL- и TVS-диоды (встречаются и другие названия этих элементов). Несмотря на разные названия, это один класс приборов — сапрессоров, имеющих небольшое различие в характеристиках и, соответственно, областях применения. Эти элементы были специально разработаны для подавления перенапряжения, возникающего при переходных процессах, и, в отличие от варисторов, у таких диодов время срабатывания составляет несколько пикосекунд, а вносимая в схему емкость чуть меньше или соизмерима с имеющейся у варисторов. Так же как имеется разнообразие названий аналогичных элементов, за рубежом у сапрессоров можно встретить разные условные графические обозначения на электрических принципиальных схемах (примеры обозначений даны на графиках с характеристиками).

Основной областью применения сапрессоров является защита от перенапряжений электронного оборудования автомобилей, цепей телекоммуникации и передачи данных, защита мощных транзисторов, тиристоров и устройств, питающихся от сети. К их достоинствам можно отнести:

+ самое высокое быстродействие, по сравнению со всеми другими элементами защиты;

+ наличие низких уровней напряжения ограничения;

+ широкий диапазон рабочих напряжений;

+  высокая долговечность и надежность;

+ малые габариты.

К сожалению, отечественная промышленность пока не выпускает аналогов таких элементов. Рассмотрим более подробно эти компоненты, такая информация нам пригодится в дальнейшем.

TRANSIL-диоды (в наименовании используется часть, происходящая от английского слова Transient — переходный) изготавливаются как в однонаправленном, так и в двунаправленном исполнениях.

Рабочая характеристика однонаправленных диодов (рис. 1.6) очень похожа на имеющуюся у стабилитрона (у них, как и у стабилитронов, используется обратный участок вольт-амперной характеристики). Принцип работы у него такой же, только быстродействие намного выше.

Диоды TRANSIL, TVS и TRISIL

Рис. 1.6. Вольт-амперная характеристика защитного TRANSIL-диода

А для того чтобы исключить повреждение элемента слишком большим током, разработчики рекомендуют в цепи последовательно с ним устанавливать резистор величиной 1...10 Ом (если других ограничений для тока нет). Величина этого  резистора определяется из условия

Диоды TRANSIL, TVS и TRISIL

где Umax — максимально возможная амплитуда импульса на входе;

Ірр— максимальный допустимый ток диода.

Однонаправленное исполнение сапрессоров применяют для подавления перенапряжений только одной полярности, поэтому приборы данного вида должны включаться в цепь с учетом полярности.

Двунаправленные диоды TRANSIL предназначены для подавления перенапряжений обеих полярностей, характеристика такого диода показана на рис. 1.7. Если двунаправленный TRANSIL-диод приобрести не удается, то он может быть получен (составлен) из двух однонаправленных, путем их встречного последовательного включения.

Свойства TRANSIL диодов описываются следующими параметрами (в скобках указаны иногда встречающиеся обозначения, применяемые разными производителями):

Диоды TRANSIL, TVS и TRISIL

Рис. 1.7. Вольт-амперная характеристика симметричного TRANSIL-диода

Urm (UWm) — максимальное постоянное рабочее напряжение, при котором диод закрыт;

Ubr — напряжение пробоя, при котором происходит резкое увеличение протекающего тока, причем скорость роста тока превышает скорость увеличения напряжения (обычно указывается для температуры 25 °С);

Uc (Ucl) — максимальное напряжение фиксации для максимальной амплитуды импульса пикового тока Іpp;

Ірр (Іррм) — максимальный допустимый импульсный ток в рабочем режиме (пиковый ток);

Irm (Id) — ток утечки при фиксированном напряжении закрытого состояния URM;

Uf — напряжение в прямом направлении, аналогично обычным диодам оно составляет 0,7 В (параметр для однополярных диодов);

Рррм — максимально допустимая пиковая мощность, рассеиваемая прибором, при заданных: форме и длительности импульса при температуре окружающей среды не более 25 °С;

С — емкость, измеренная в закрытом состоянии, при работе ее значение немного уменьшается и зависит от приложенного напряжения.

Много фирм выпускает большое разнообразие защитных диодов, рассчитанных на различные напряжения, при этом используется небольшой шаг номинальных значений. В качестве примера в табл. 1.4 включены основные параметры некоторых типов применяемых диодов (весь перечень номиналов и более полную информацию можно получить в фирмах, торгующих этими деталями, или в Интернете на сайте производителя).

Таблица 1.4. Параметры TRANSIL-диодов фирмы SGS-Thomson

Тип

диода

Краткое

описание

Мощность Рррм, Вт

Urm при IrM, В

UcL при

Ірр, в

Тип

корпуса

SMLVT3V3

обычный

600

3,3

7,3

SMB

SM5908

обычный

1500

5

7,6

SMC

SM6T15A

обычный

600

12,8

21,2

SMB

SM6T15CA

симметричный

600

12,8

21,2

SMB

SM6T18A

обычный

600

15,3

25,2

SMB

SM6T18CA

симметричный

600

15,3

25,2

SMB

SM15T27A

обычный

1500

23,1

37,5

SMC

SM15T33A

обычный

1500

28,2

45,7

SMC

SM15T33CA

симметричный

1500

28.2

45,7

SMC

Следующей большой группой сапрессоров являеются TVS-ди-оды. В названии используются начальные буквы от слов Transient Voltage Suppression (фирма General Semiconductor эти диоды называет еще TransZorb). За рубежом TVS-диоды впервые были разработаны в 1968 году фирмой GSI (General Semiconductor Industries) специально для защиты устройств связи от грозовых разрядов. В дальнейшем этой фирмой были созданы TVS-диоды с рабочим напряжением от 6,8 до 200 В и допустимой импульсной мощностью до 1,5 кВт, предназначенные для защиты различного оборудования и радиоаппаратуры [Л 13]. Большинство диодов, выпускаемых под этой торговой маркой, аналогичны по параметрам TRANSIL-диодам, но большая часть из них предназначена для применения в низковольтной радиоаппаратуре.

Для описания характеристик TVS-диодов используют те же параметры, что и для TRANSIL — вольт-амперную характеристику они имеют такую же и работают аналогично. Время срабатывания у несимметричных TVS-диодов менее 1 не, а у симметричных чуть больше. Это позволяет использовать их для защиты различных ра-

диочастотных цепей, в состав которых входят чувствительные к переходным процессам полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы.

В качестве примера в табл. 1.5 - 1.8 приведены параметры некоторых TVS-диодов разных фирм (наиболее часто используемых). Последние буквы в обозначении указывают на особенности:

А — точность допуска по рабочему напряжению не хуже 5% (если она не стоит, то эти параметры могут находиться в допуске 10%);

С — сдвоенный диод, имеющий симметричную вольт-ампер-ную характеристику.

Сами диоды могут обладать довольно значительной емкостью (см. рис. 1.8), которая зависит от рабочего напряжения. Для ее уменьшения, кроме обычных TVS-диодов, выпускаются и специальные серии, например у фирмы General Semiconductor это:

LCE — на напряжение защиты от 6,5 до 28 В (Рррм = 1500 Вт);

SAC — на напряжение защиты от 5 до 50 В (Рррм = 500 Вт).

Они отличаются тем, что внутри корпуса в цепи имеется последовательно включенный дополнительный диод, рис. 1.9. Это позволяет уменьшить емкость, вносимую в цепь защиты, за счет того, что емкость дополнительного диода {Сд) обычно не более 7 пф и при емкости защитного диода (С), доходящей до 1500 пФ, общая емкость для последовательной цепи в этом случае получается:

Диоды TRANSIL, TVS и TRISIL

Аналогично дополнительный (быстродействующий) диод можно установить и в цепь обычного TVS-диода — в этом случае удастся снизить вносимую в линию емкость до значений менее 30 пф.

Кроме одиночных сапрессоров, выпускается много различных микросборок, где в одном корпусе находится несколько однотипных элементов, соединенных наиболее удобным для монтажа способом.

Диоды, выпускаемые под торговой маркой TRISIL, разработаны фирмой SGS-Thomson в 1983 г. Они предназначены главным образом для защиты от перенапряжений электронного оборудования в области телекоммуникаций.

Диоды TRISIL выпускаются только в двунаправленном исполнении и подключаются параллельно защищаемой цепи. Вольт-ам-перная характеристика TRISIL-диодов напоминает характеристику симметричного динистора, рис. 1.10 (условное обозначение диодов показано на графике).

Таблица 1.5. Защитные TVS-диоды фирмы SGS-Thomson

(рррм = 1500 Вт> корпус D0-2Q1)

Тип

Напряжение пробоя Ubr, В

Тест, ток пробоя Іт, мА

Постоянное

обратное

непряжение UwM, В

Макс. имп. ток ограничения Ірр, А

Макс. напряжение ограничения при Ірр, Uc, В

одинарный

сдвоенный

Макс.

Мин.

1.5КЕ6.8

1.5КЕ6.8С

6,12

7,48

10

5,5

139

10,8

1.5КЕ6.8А

1.5КЕ6.8СА

6,45

7,14

10

5,8

143

10,5

1.5КЕ12

1.5КЕ12С

10,8

13,2

1

9,72

87

17,3

1.5КЕ12А

1.5КЕ12СА

11,4

12,6

1

10,2

90

16,7

1.5КЕ16

1.5КЕ16С

14,4

17,6

1

12,9

64

23,5

1.5КЕ16А

1.5КЕ16СА

15,2

16,8

1

13,6

67

22,5

1.5КЕ20

1.5КЕ20С

18,0

22,0

1

16,2

51,5

29,1

1.5КЕ20А

1.5КЕ20СА

19,0

21,0

1

17,1

54,0

27,7

1.5КЕ22

1.5КЕ22С

19,8

24,2

1

17,8

47

31,9

1.5КЕ22А

1.5КЕ22СА

20,9

23,1

1

18,8

49

30,6

1.5КЕ24

1.5КЕ24С

21,6

26,4

1

19,4

43

34,7

1.5КЕ24А

1.5КЕ24СА

22,8

25,2

1

20,5

45

33,2

1.5КЕ200

1.5КЕ200С

180

220

1

162

5,2

287

1.5КЕ200А

1.5КЕ200СА

190

210

1

171

5,5

274

1.5КЕ220

1.5КЕ220С

198

242

1

175

4,3

344

1.5КЕ220А

1.5КЕ220СА

209

231

1

185

4,6

328

1.5КЕ250

1.5КЕ250С

225

275

1

202

5,0

360

1.5КЕ250А

1.5КЕ250СА

237

263

1

214

5,0

344

1.5КЕ400

1.5КЕ400С

360

440

1

324

4,0

574

1.5КЕ400А

1.5КЕ400СА

380

420

1

342

4,0

548

1.5КЕ440А

1.5КЕ440СА

418

462

1

376

2,5

602

Таблица 1.6. Защитные TVS-диоды фирмы General Semiconductor

(Рррм = 400 Вт, корпус DO-2Q4)

Тип

одинар

ный

Напряжение пробоя Ubr, В

к

о

ѵо

о

а

с

Постоянное обратное напряжение U, В

Макс. имп. ток ограничения Ірр, А

Макс. напряжение ограничения при Ipp, Uc, В

Макс.

Мин.

Тест, ток Іт, мА

Р4КЕ6.8

6,12

7,48

10

5,5

37,0

10,8

Р4КЕ6.8А

6,45

7,14

10

5,8

38,1

10,5

Р4КЕ12

10,8

13,2

1

9,72

23,1

17,3

Р4КЕ12А

11.4

12,6

1

10,2

24,0

16,7

Р4КЕ16

14,4

17,6

1

12,9

17,0

23,5

Р4КЕ16А

15,2

16,8

1

13,6

17,8

22,5

Р4КЕ20

18,0

22,0

1

16,2

13,7

29,1

Р4КЕ20А

19,0

21,0

1

17,1

14,4

27,7

Р4КЕ22

19,8

24,2

1

17,8

12,5

31,9

Р4КЕ22А

20,9

23,1

1

18,8

13,1

30,6

Р4КЕ24

21,6

26,4

1

19,4

11,5

34,7

Р4КЕ24А

22,8

25,2

1

20,5

12

33,2

Р4КЕ200

180

220

1

162

1,4

287

Р4КЕ200А

190

210

1

171

1,5

274

Р4КЕ220

198

242

1

175

1,2

344

Р4КЕ220А

209

231

1

185

1,2

328

Р4КЕ250

225

275

1

202

1,1

360

Р4КЕ250А

237

263

1

214

1,2

344

Р4КЕ400

360

440

1

324

0,7

574

Р4КЕ400А

380

420

1

342

0,73

548

Р4КЕ440

369

484

1

356

0,63

631

Р4КЕ440А

413

462

1

376

0,66

602

Р4КЕ540

486

594

1

437

0,52

772

Р4КЕ540А

513

567

1

459

0,54

740

Таблица 1.7. Защитные TVS-диоды фирмы Vishay Lite-On (Рррм = 600 Вт, корпус D0-204 — аналогичные производит фирма General Semiconductor)

Тип

Напряжение пробоя Ubr, В

Тест, ток пробоя ІТі мА

Постоянное

обратное

напряжение Uwm> В

Макс. имп. ток ограничения Ірр, А

Макс. напряжение ограничения при Іррі Ucj В

одинарный

сдвоенный

Макс.

Мин.

Р6КЕ6.8

Р6КЕ6.8С

6,12

7,48

10

5,5

56

10,8

Р6КЕ6.8А

Р6КЕ6.8СА

6,45

7,14

10

5,8

57

10,5

Р6КЕ12

Р6КЕ12С

10,8

13,2

1

9,72

35,0

17,3

Р6КЕ12А

Р6КЕ12СА

11,4

12,6

1

10,2

36,0

16,7

Р6КЕ16

Р6КЕ16С

14,4

17,6

1

12,9

26,0

23,5

Р6КЕ16А

Р6КЕ16СА

15,2

16,8

1

13,6

27,0

22,5

Р6КЕ20

Р6КЕ20С

18,0

22,0

1

16,2

21,0

29,1

Р6КЕ20А

Р6КЕ20СА

19,0

21,0

1

17,1

22,0

27,7

Р6КЕ22

Р6КЕ22С

19,8

24,2

1

17,8

19,0

31,9

Р6КЕ22А

Р6КЕ22СА

20,9

23,1

1

18,8

20,0

30,6

Р6КЕ24

Р6КЕ24С

21,6

26,4

1

19,4

17,0

34,7

Р6КЕ24А

Р6КЕ24СА

22,8

25,2

1

20,5

18,0

33,2

Р6КЕ200

Р6КЕ200С

180

220

1

162

2,1

287

Р6КЕ200А

Р6КЕ200СА

190

210

1

171

2,2

274

Р6КЕ220

Р6КЕ220С

198

242

1

175

1,75

344

Р6КЕ220А

Р6КЕ220СА

209

231

1

185

1,83

328

Р6КЕ250

Р6КЕ250С

225

275

1

202

1,67

360

Р6КЕ250А

Р6КЕ250СА

237

263

1

214

1,75

344

Р6КЕ400

Р6КЕ400С

360

440

1

324

1,05

574

Р6КЕ400А

Р6КЕ400СА

380

420

1

342

1,10

548

Таблица 1.8. Защитные TVS-диоды производимые фирмой General

Semiconductor (Рррм = 1500 Вт, корпус DQ-201)

Тип

Напряжение пробоя Vbr, В

Тест, ток пробоя Іт, мА

Постоянное обратное напряжение Uwm. В

Макс. имп. ток ограничения Ірр, А

Макс. напряжение ограничения при Ірр, Uc, В

одинарный

сдвоенный

Макс.

Мин.

1.5КА6.8

1.5КА6.8С

6,12

7,48

10

5,5

139

10,8

1.5КА6.8А

1.5КА6.8СА

6,45

7,14

10

5,8

143

10,5

1.5КА12

1.5КА12С

10,8

13,2

1

9,72

86,7

17,3

1.5КА12А

1.5КА12СА

11.4

12,6

1

10,2

89,8

16,7

1.5КА16

1.5КА16С

14,4

17,6

1

12,9

63,8

23,5

1.5КА16А

1.5КА16СА

15,2

16,8

1

13,6

66,7

22,5

1.5КА20

1.5КА20С

18,0

22,0

1

16,2

51,5

29,1

1.5КА20А

1.5КА20СА

19,0

21,0

1

17,1

54,2

27,7

1.5КА22

1.5КА22С

19,8

24,2

1

17,8

47

31,9

1.5КА22А

1.5КА22СА

20,9

23,1

1

18,8

49

30,6

1.5КА24

1.5КА24С

21,6

26,4

1

19,4

43,2

34,7

1.5КА24А

1.5КА24СА

22,8

25,2

1

20,5

45,2

33,2

1.5КА43

1.5КА43С

38,7

47,3

1

34,8

24,2

61,9

1.5КА43А

1.5КА43СА

40,9

45,2

1

36,8

25,3

59,3

В рабочем состоянии через диод протекает незначительный ток — он не должен никак влиять на цепь защиты. При превышении напряжения порогового значения (UBr) сопротивление диода скачкообразно изменяется и происходит ограничение напряжения. Работа на этом участке вольт-амперной характеристики (UBr — UBo) сходна с работой двунаправленного диода TRANSIL. При дальнейшем незначительном увеличении напряжения происходит резкое снижение сопротивления до десятков Ом, что практически закорачивает цепь.

Для описания характеристик TRISIL-диодов используют параметры:

Urm (Uwm) — максимальное постоянное рабочее напряжение, при котором ток, проходящий через диод, не вызывает его повреждений (для данного напряжения указывается соответствующий ток в цепи lRM);

Диоды TRANSIL, TVS и TRISIL

Рис. 1.8. Зависимость емкости от рабочего напряжения U„ для диодов серии 1.5КЕ6.8 — 1.5КЕ440СА

Диоды TRANSIL, TVS и TRISIL

Рис. 1.9. Вольт-амперная характеристика TVS-диодов фирмы General Semiconductor из серий LCE и SAC

Ubr — напряжение, при котором происходит резкое увеличение проходящего тока, причем скорость изменения тока выше, чем скорость нарастания напряжения;

Диоды TRANSIL, TVS и TRISIL

Рис. 1.10. Вольт-амперная характеристика TRISIL-диода

Uво — напряжение “опрокидывания”, в этой точке происходит резкое уменьшение внутреннего сопротивления до нескольких Ом (обычно для данного напряжения указывается и ток — ІВо);

Ін — при падении тока ниже данного значения происходит обратное увеличение внутреннего сопротивления диода TRISIL;

Ірр (Іррм) — предельное значение тока для определенной формы импульса, спадающего по экспоненте (обычно- 10/1000 мкс);

Рррм — максимально допустимая импульсная мощность, рассеиваемая прибором, при заданных: форме, скважности, длительности импульса и температуре окружающей среды;

С — емкость, измеренная в закрытом состоянии, при фиксированном значении приложенного напряжения.

В качестве примера, в табл. 1.9 приведены параметры для некоторых типов TRISIL-диодов, выпускаемых в корпусах для поверхностного монтажа. Более полную информацию можно найти в [Л 14].

В заключение, в качестве недостатков TRANSIL-, TRISIL- и TVS-диодов можно отметить:

+ низкое значение допустимого номинального импульсного тока;

+ узкий диапазон допустимых рабочих температур;

+ меньшую стойкость к перегрузкам, чем у разрядников и варисторов;

+ относительно высокую стоимость.

Таблица 1.9. Параметры TRISIL-диодов фирмы SGS-Thomson

Тип

Диода

UbR, В

Іpp, А

UBO max

при Іво, В

С при напряжении 1 В, пФ

Тип

корпуса

SMP100LC-120

120

100

160

80

SMB

SMP100LC-140

140

100

185

30

SMB

SMP100LC-200

200

100

265

30

SMB

SMP100LC-230

230

100

320

70

SMB

SMP30-220

220

30

293

30

SMA

SMP30-240

240

30

320

30

SMA

SMP30-270

270

30

360

30

SMA

SMP50-100

100

50

133

40

SMA

SMP50-120

120

50 '

160

40

SMA

SMP50-130

130

50

173

35

SMA

SMP50-180

180

50

240

35

SMA

SMP50-200

200

50

267

30

SMA

SMP50-220

220

50

293

30

SMA

SMP50-240

240

50

320

30

SMA

Вид конструктивного исполнения всех типов защитных диодов зависит от области применения, допустимой мощности рассеяния и может быть в корпусах для поверхностного монтажа или же с выводами как у обычных диодов, рис. 1.11.

Примечание. TRANSIL- и TVS-диоды часто путают с кремниевыми стабилитронами, так как обозначение их на схемах похожее, да и принцип работы аналогичен, но такие диоды были специально разработаны для защиты от мощных импульсов перенапряжения, в то время как кремниевые стабилитроны не рассчитаны на работу при значительных импульсных перегрузках. К тому же при выборе защитного диода рекомендуется, чтобы у него напряжение Urm (Uwm ) было на 10 - 20% выше, чем уровень максимальной амплитуды в линии, т. е. в нормальном режиме он не должен входить в режим стабилизации и пропускать через себя больших токов (в идеале — никак не проявлять свое присутствие до момента появления помехи). Если же мощность, выделяемая на сапрессоре, будет ограничена допустимой величиной (например, при Пиковой мощности Рррм = 1500 Вт — средняя мощность для постоянного тока у диода составляет всего Р = 5 Вт), то диоды могут работать и как обычные стабилитроны на постоянном токе, но стоить такой узел будет значительно дороже, чем обычный стабилитрон, т. е. экономически это не целесообразно.

Диоды TRANSIL, TVS и TRISIL

Рис. 1.11. Внешний вид и габариты корпусов TRANSIL-диодов для поверхностного и обычного монтажа

Необходимо также знать и то обстоятельство, что нельзя использовать защит-ные диоды в качестве быстродействующих выпрямительных элементов, поскольку они имеют большой ’остаточный заряд и, соответственно, длительное время восстановления.

Электронные модули

Для замены не очень надежных мощных газоразрядников выпускаются твердотельные защитные устройства, рассчитанные на большие токи. Такие элементы отличаются более высоким быстродействием и надежностью, чем это могут обеспечить разрядники (последнее — во многих случаях является главным). Обычно защитные электронные модули выполняются на TVS-тиристоре со схемой, управляющей порогом срабатывания, или же на основе других специальных элементов, имеющих аналогичный принцип работы.

В последнее время все больше появляется разработок различных защитных модулей и для низковольтных цепей. Так, напри-

Мер, фирма Maxim для защиты USB-портов и USB-хабов выпускает Микросхемы MAX893L, МАХ1693 и МАХ1694, которые являются быстродействующими (1 мкс) ограничителями напряжения и тока. В данном разделе этот довольно большой класс компонентов мы рассматривать не будем из-за их относительно высокой стоимости И ограниченных областей применения.

Литература: Радиолюбителям полезные схемы, Книга 5. Шелестов И.П.


1 5449 Диоды и стабилитроны
диод защита
Написать комментарий:

cashback