Optimiser la protection des bus haute puissance avec moins de soudure

La protection de l'alimentation des bus à courant continu (CC) haute densité utilisant des conceptions à montage traversant requiert généralement deux opérations de soudure au cours du processus de fabrication. Les diodes TVS (suppression de tension transitoire) en boîtier DFN de Bourns Inc. utilisent une conception à montage en surface, éliminant ainsi les opérations de soudure sur la face inférieure pour les conceptions modernes avec des composants de protection haute puissance.

Lorsqu'il s'agit de protéger l'alimentation d'un système, un examen approfondi doit être effectué pour déterminer les menaces potentielles qui pèsent sur les composants du circuit. Dans le cas des composants Power TVS (PTVS) ou des dispositifs de blocage de tension, la diode est répertoriée en fonction de la durée de la surtension et du courant maximum des producteurs d'énergie indépendants (IPP) qu'elle peut supporter. La réduction de l'amplitude de la tension pendant la conduction du courant est cruciale jusqu'à la fin de la période de surtension.

La protection contre les tensions excessives — pouvant résulter de transitoires de lignes électriques, d'arcs électriques de moteurs, de la foudre et de décharges électrostatiques (DES) — élimine la nécessité de réparer et de remplacer les composants vitaux endommagés.

En tant que leader mondial en matière de protection des circuits, Bourns propose une large gamme de composants de protection contre les surtensions et les surintensités, y compris une protection basse capacité.

Protection constante des composants vitaux

Lorsqu'ils fonctionnent parfaitement, les composants de protection de l'alimentation passent inaperçus jusqu'à ce qu'une défaillance réaffirme leur nécessité. Cependant, la protection doit être adéquate, sinon le système reste vulnérable et le risque de dommages graves existe. Cela peut s'avérer coûteux en cas de temps d'arrêt ou de nécessité de maintenance.

Les télécommunications qui utilisent des systèmes d'alimentation CA et CC requièrent systématiquement une protection contre des événements tels que les impacts de foudre indirects et les surtensions des lignes électriques.

Les dispositifs PTVS en boîtier DFN de Bourns offrent de nombreuses fonctionnalités qui assurent une protection efficace et optimale pour une variété de circuits d'alimentation et de niveau du signal.

Le dispositif PTVS2-058C-H est une diode série PTVS à montage en surface et à usage général, conforme à la norme ROHS3 (Figure 1). Avec une tenue aux pointes d'énergie de 2 kA, 8/20 µs, il offre une tension de sécurité récurrente de 22 V à 86 V et une TVS bidirectionnelle. Grâce à la protection du bus CC haute puissance et à la résistance à la foudre et aux surtensions inductives et transitoires jusqu'aux limites nominales, le PTVS2-058C-H se classe parmi les meilleures diodes TVS à fort courant.

Figure 1 : La diode série PTVS PTVS2-058C-H offre d'excellentes performances sur une large plage de températures. (Source de l'image : Bourns)

Définir les termes nécessaires

L'utilisation de la terminologie spécifique est indispensable lors de la recherche de diodes TVS, et connaître les bases peut faciliter la recherche des composants de protection adéquats :

• Courant d'impulsion de crête (IPP) : courant de surtension maximum qu'une diode peut supporter sans dommage.
• Tension de blocage (VC) : tension maximum dans le circuit de protection pour un IPP donné.
• Tension de sécurité inverse récurrente (VWM) : seuil de tension de fonctionnement normal, également appelé tension de crête de fonctionnement maximum. La tension appliquée à la diode est inférieure au seuil en raison de la protection des circuits fournie par la diode TVS à haute impédance.
• Tension de claquage (VBR) : seuil à partir duquel la diode TVS commence à conduire un courant spécifié et ne doit pas dépasser le maximum pour le circuit intégré protégé.

Plusieurs niveaux de protection requis

Lorsqu'il s'agit de résoudre des problèmes potentiels, il existe toujours des options.

En règle générale, un circuit requiert de nombreux types et niveaux de protection. En outre, pour les circuits nécessitant deux niveaux ou plus de protection contre les transitoires de tension d'entrée, la coordination des capacités des composants fournit un niveau de défense accru afin que les composants puissent atteindre des performances optimales.

Les diodes PTVS, en tant que composant de blocage, empêchent la tension de dépasser les niveaux prédéfinis en supprimant les tensions transitoires de démarrage et inductives, la fonction de blocage se relâchant une fois la surtension éliminée. Une bride TVS est une jonction bipolaire en silicium. Elle est similaire à une diode Zener mais est capable de survivre à une tension de claquage inverse, en dissipant un événement transitoire relativement court.

Le dispositif TVS de blocage diffère d'un composant crowbar, qui maintient la tension à une faible valeur jusqu'à ce que la surtension soit passée.

Outre le silicium, les brides peuvent être construites en utilisant une varistance à oxyde métallique (MOV), un suppresseur de transitoires de tension à semi-conducteurs bidirectionnel. En règle générale, la tension dans le dispositif diminue à mesure que le courant qui le traverse augmente. Par rapport à une diode PTVS, le dispositif MOV fait chuter la tension et la maintient constante tandis que le courant continue d'augmenter après un pic initial de courte durée. De plus, une diode PTVS a une tension de blocage beaucoup plus faible qu'un dispositif MOV pour le même courant de pointe.

La diode à montage en surface ESD9B5.0ST5G (Figure 2) fait partie de la série ESD9B, conçue pour protéger les composants sensibles contre les décharges électrostatiques (DES), avec une faible fuite, des temps de réponse rapides et une excellente capacité de blocage. Grâce à son format compact, elle est particulièrement adaptée aux téléphones mobiles, aux lecteurs MP3 et à une multitude d'applications portables dans lesquelles l'espace carte est limité.

Figure 2 : Avec des dimensions compactes de 1,0 mm par 0,60 mm et une faible hauteur de 0,4 mm, la diode ESD9B5.0ST5G d'onsemi est idéale pour les composants miniaturisés d'aujourd'hui. (Source de l'image : Bourns)

Comment choisir la diode appropriée

La plupart des fournisseurs de diodes PTVS incluent des consignes de sélection génériques dans leurs fiches techniques. Lors du choix d'une diode, les caractéristiques du circuit nécessitant une protection électrique et la norme de test du circuit sont généralement déterminantes. La norme la plus fréquemment citée est la norme CEI 61000-4-5.

Lors de la sélection d'une diode PTVS, il est préférable d'opter pour une diode avec une tension de sécurité supérieure à la tension de fonctionnement prévue pour l'application. Déterminez la tension nominale maximum absolue de tous les dispositifs le long de la ligne protégée et sélectionnez une diode avec une tension de blocage maximum inférieure à cette valeur.

Les diodes sous-évaluées ou celles qui ne sont pas conçues pour le courant maximum risquent une défaillance en cas de surtension, détruisant ainsi le circuit. « S'attendre au pire » est un adage dont il faut se souvenir. Vérifier que le courant de crête IPP spécifié dépasse en toute sécurité le courant de crête attendu dans toutes les situations permet d'éviter les défaillances potentielles et les dommages aux circuits de valeur.

Diodes PTVS et protection des ports

Les diodes PTVS sont également idéales pour protéger les ports d'alimentation, qu'il s'agisse de sorties d'alimentations ou d'entrées d'alimentation, en particulier lorsqu'une longue distance sépare les deux fonctions.

En cas d'exposition à des surtensions lors d'opérations à distance pour les câbles de connexion d'alimentation, l'alimentation Power over Ethernet (PoE), l'équipement émetteur d'alimentation (PSE) et la distribution d'alimentation (PD), les connexions au niveau des connecteurs du port RJ-45 doivent être protégées. Pour ce faire, des dispositifs sont disponibles pour protéger les tensions d'alimentation PoE et télécoms maximum de 60 V, y compris une protection contre les surtensions de 48 V dans les petites cellules 5G.

Bourns fournit des boîtiers DFN à montage en surface pour répondre exactement à ces besoins avec des diodes telles que les dispositifs PTVS1-026C-H pour 1 kA et PTVS2-026C-H pour 2 kA, efficaces pour les systèmes de télémétrie 24 V et le contrôle industriel.

Conclusion

Les transitoires de lignes électriques, les arcs électriques de moteurs, la foudre et les décharges électrostatiques constituent une menace réelle susceptible d'endommager les circuits électriques vitaux. L'utilisation de diodes de protection contre les surtensions, comme celles proposées par Bourns, Inc., est essentielle pour éviter les réparations et les remplacements coûteux — mais également les temps d'arrêt de production et de service.

Bourns s'est imposé comme un leader mondial en matière de protection des circuits, proposant une large gamme de composants de protection contre les surtensions et les surintensités, et une protection basse capacité.