что такое супрессор в электронике

Что такое защитный диод и как он применяется

Содержание статьи

Для защиты электронных схем и радиоаппаратуры от перенапряжения и скачков напряжения используются такие эффективные радиоэлементы, как диодный предохранитель (ПОН или TVS). Также защитный компонент известен под названиями супрессор и защитный диод. Такой эффективный прибор впервые был создан в 1968 году, в США, с целью защитить промышленное оборудование от электрических импульсов природного характера (молний).

Основанием для разработки целого класса полупроводниковых ограничителей напряжения послужили большие убытки из-за частого выхода из строя бытовой электроники, вызванного скачками напряжения. Примечательно, что супрессоры (от англ. Suppresor – «подавитель») обладают ярко выраженной нелинейной вольт-амперной характеристикой (ВАХ) и огромным быстродействием.

Принцип работы и устройство

Защитные диоды состоят из двух пластинок, выполненных из германия или кремния, обладающих разной электропроводимостью. Проволочные выводы электродов, как правило, припаиваются к металлическим слоям, нанесенным на внешние поверхности пластинок. Конструкция заключена в пластиковый, металлостеклянный или керамический корпус.

Принцип работы защитного диода основан на применении обратимого пробоя. Пока напряжение не превышает номинальное значение, ограничитель никакого существенного влияния на работу схемы не оказывает, но прибор перейдет в режим лавинного пробоя, как только электроимпульсная амплитуда превысит базисное напряжение. Таким образом, размер амплитуды нормируется, а все излишнее напряжение при этом уходит на землю через сам ограничитель.

Виды и обозначение

Существует два основных вида защитных диодов TVS:

Маркировка защитных диодов позволяет выбрать наиболее подходящий радиоэлемент для сетей постоянного или переменного тока. Несимметричные изделия имеют на корпусе цветное маркировочное кольцо. Цифры и буквы, как правило, сообщают о мощности, напряжении пробоя, а также допустимом отклонении напряжения.

Основные параметры защитных диодов

Диоды супрессоры имеют целый ряд основных электрических параметров:

Чтобы определить значение максимальной импульсной мощности, потребуется перемножить значение максимального пикового импульсного тока со значением максимального импульсного напряжения ограничения. Важно понимать, что все характеристики супрессора являются таковыми только в конкретных температурных условиях, поскольку при более высоких температурах токи, а также допустимая пиковая мощность будут непременно уменьшаться.

Особенности защитных диодов

Среди особенностей защитных диодов выделяют ряд пунктов:

Несмотря на высокую эффективность, супрессор нельзя назвать стопроцентным защитным ограничителем. Во-первых, в положении «выключено» такие приборы характеризуются значительными обратными токами. Во-вторых, в ограничивающем режиме в прямую зависимость от силы тока попадает уровень напряжения. В-третьих, нельзя забывать о сильной зависимости максимальной импульсной мощности от продолжительности импульса (длительности).

Для усовершенствования схемы существует практика последовательного соединения нескольких полупроводников, что дает увеличение мощности. Защитные диоды TVS часто используют совместно с самовосстанавливающимися предохранителями либо в специальных сборках, в которые уже включены предохранители такого типа.

Области применения диодов

Такие радиоэлементы активно применяются в различных направлениях:

Лавинные диоды широко применяются для защиты бортовой электроники транспортных средств. Например, система зажигания любого автомобиля является одной из самых сильных источников электрических импульсов. Отечественные защитные диоды (Кремний, СЗТП, Фотон, НТЦ СИТ, Саранск, ТОР, Россия и другие) не уступают по качеству, эффективности и доступности зарубежным аналогам.

Как проверить защитный диод

Данный ограничитель может выполнять функцию стабилитрона, но перед использованием очень важно проверить два определенных параметра: динамический ток и рассеиваемую мощность. Целостность проверяется при помощи компактного измерительного прибора – мультиметра. При такой проверке рекомендуется использовать устройство исключительно в режиме прозвонки (со звуковым сигналом).

Положительный (красный) щуп соединяем с анодом супрессора, а отрицательный (черный), соответственно, с катодом. Число на дисплее будет обозначать пороговое напряжение проверяемого диода. В зависимости от типа ограничителя напряжение может составлять от 100 до 1000 милливольт. Если смена полярности дает бесконечную величину, то элемент можно считать исправным и готовым к работе. Утечка свидетельствует о необходимости замены защитного компонента.

Если не знаете, как и чем заменить защитный диод, всегда можно обратиться в сервисный центр или пункт ремонта различной электроники. В интернете множество советов и инструкций по замене диодного предохранителя стабилитроном и быстродействующим диодом, но, не имея необходимых знаний и практического опыта, не рекомендуется совершать такие операции самостоятельно. Проверку следует выполнять осторожно, поскольку создание условий срабатывания приведет к выходу защитного компонента из строя.

Как правильно подобрать супрессор

Чтобы не ошибиться в выборе данного прибора, следует придерживаться простых рекомендаций:

Кроме того, перед покупкой рекомендуется дополнительно удостовериться в том, что габариты и параметры радиоэлемента соответствуют требованиям и нюансам монтажа.

Применение современных защитных диодов на схемах отличается высокой эффективностью защиты любого электрооборудования, которое подключено к воздушным линиям.

Источник

Защитный диод (супрессор): принцип работы, как проверить TVS-диод.

Защитный диод — гость нашего обзора полупроводников.

Мощность помех, влияющих на уровень напряжения в приборе, может быть различна. Для противостояния высокоэнергетическим импульсам возможно применение газовых разрядников и защитных тиристоров. Чтобы обезопаситься от средне- и маломощных воздействий больше подойдут защитные диоды и варисторы.

Защитный диод, наиболее часто выполняемый из кремния, может носить название:

Зачастую супрессор становится одной из составных частей импульсного питающего блока, поскольку в случае неисправности блока супрессор может защитить его от перенапряжения. Изначально защитный диод был создан в качестве страховки от атмосферных электрических воздействий на приборы.

Существует несколько сфер современного применения ограничительных стабилитронов:

Принципы действия

Защитный диод обладает специфической ВА характеристикой, отличающейся нелинейностью. При условии, что размер амплитуды импульса окажется больше допустимого, то это повлечёт за собой так называемый «лавинный пробой». Иными словами, размер амплитуды будет нормирован, а все излишки будут выведены из сети через защитный диод.

Рис 1 Защитный диод- принцип работы полупроводника

Принцип работы TVS-диода предполагает, что до момента возникновения опасности диодный предохранитель никоим образом не оказывает влияние на сам прибор и его функциональные свойства. Таким образом, необходимо отметить, что выявляется ещё одно название для защитного диода — лавинный диод.

Существует два типа ограничительных стабилитронов:

Защитный диод, двунаправленный приспособленный для работы в сетях с переменным током.

Применимы только для сетей с постоянным током, поскольку имеют однонаправленный рабочий режим. Способ подключения несимметричного защитного диода не соответствует стандартному. Его анод соединяется с минусовой шиной, а катод — с плюсовой. Положение получается условно перевёрнутым.

Кодировка защитных диодов, относящихся к симметричным, включает в себя литеры «С» или «СА«. У несимметричных диодных предохранителей имеется цветная маркировка в виде полосы на стороне катодного вывода.

Корпус каждого защитного диода также снабжён маркировочным кодом, в сжатом виде отображающим все значимые параметры.

Если входной уровень напряжения у диода увеличится, то стабилитрон в течение очень краткого временного отрезка уменьшит показатель внутреннего сопротивления. Сила тока в этот момент, напротив, возрастёт, а предохранитель перегорит. Поскольку действует защитный диод практически моментально, целостность основной схемы не нарушается. На деле, быстрая реакция на переизбыток напряжения является самым главным достоинством TVS-диода.

Значимые характеристики защитных диодов

Значение напряжения, при котором происходит открытие диода и уведение потенциала к общему проводу. Дополнительное синонимичное обозначение — VBR.

Максимальный обратный ток утечки. Имеет маленькое значение, измеряемое в микроамперах, и функциональность устройства от него практически не зависит. Дополнительное обозначение — IR.

Значение является показателем постоянного обратного напряжения. VRWM.

Наибольшее значение по импульсному напряжению ограничения. VCL, VCmax.

Наибольшее значение пикового импульсного тока. Иначе это показатель наибольшей силы безопасного для защитного диода токового импульса. Для наиболее действенных ограничительных стабилитронов данное значение может составлять сотни ампер. IPP.

Показатель наибольшего значения допустимой импульсной мощности. К сожалению данный параметр крайне зависим от длительности импульса.

Рис 2 ВА характеристики защитного диода

Уровень мощности у защитных диодов неодинаков. Тем не менее, если исходных данных по этому параметру у супрессора недостаточно, его спокойно можно скомбинировать ещё с одним или несколькими полупроводниками, что положительно скажется на общем уровне мощности.

TVS-диод может выполнять функцию стабилитрона. Но прежде необходимо проверить его максимально рассеиваемую мощность и динамический ток при Imax. и Imin.

Проверка целостности защитного диода

Проверка на целостность защитного, как и выпрямительного (в том числе силового), диода осуществляется мультиметром (как вариант, можно применить омметр). Использовать прибор с этой целью можно только в режиме прозвонки.

Рис 3 Проверка защитного диода

Когда мультиметр готов, необходимо щупами соединить его с выводами супрессора (положительный-красный с анодом, отрицательный-чёрный с катодом). Когда это будет сделано, на дисплее тестирующего устройства высветится число обозначающее пороговое напряжение проверяемого диодного предохранителя. При смене полярности подключения должна высветиться бесконечная величина сопротивления. Если всё так и вышло, то элемент исправен.

В случае выявления утечки во время смены полюсов, можно говорить о дисфункциональности элемента и необходимости его замены. Аналогично можно проверить защитный диод автомобильного генератора.

Основные качества TVS-диодов

Но, в качестве итога, необходимо признать, что выполнение одного условия зачастую влечёт за собой нарушение другого.

Помимо этого, TVS-диод в принципе нельзя отнести к числу идеальных защитных ограничителей. Так, например, защитные диоды супрессоры в положении «выключено» можно характеризовать достаточно большими обратными токами. Далее, вызывает неодобрение резкость при смене режимов. Наибольшей же проблемой считается то, что в ограничивающем режиме уровень напряжения находится в прямой зависимости от силы тока.

Необходимо помнить, что все даваемые производителем характеристики диода являются таковыми только в конкретных температурных условиях. При более высоких температурах допустимая пиковая мощность и токи уменьшатся.

Впрочем, несмотря даже на такие недостатки, диодные предохранители всё-таки оказываются лучше приборов, устройств и элементов с аналогичным назначением.

Области применения защитных диодов

Существуют несколько направлений, в которых может применяться супрессор:

Как правильно подобрать защитный диод?

Применение следующих правил поможет избежать проблем с покупкой защитного диода. Чтобы не ошибиться в выборе, необходимо:

Кроме того, нужно учесть:

Источник

Супрессорный диод защита против напряжения

Главная страница » Супрессорный диод защита против напряжения

Супрессорный диод – полупроводник TVS (Transient Voltage Supression), как следует из перевода, обеспечивает подавление выбросов напряжения. Этот электронный компонент находит широкое применение в схемах различных современных устройств, включая компьютерное оборудование. Рассмотрим характеристику прибора с целью получения более подробных сведений о функциональности и возможностях.

TVS-диод: характеристика + обзор на супрессорный диод

Кремниевые TVS-диоды характеризуются в первую очередь наличием переход P-N, аналогичного стабилитрону. Однако переход выполнен с большим поперечным сечением, пропорциональным номинальной импульсной мощности супрессорного диода.

Эти электронные компоненты выступают шунтирующими устройствами, способными ограничивать скачки напряжения посредством низкоимпедансного лавинного пробоя P-N перехода.

На картинке ниже показана графическая кривая V — I, сильно напоминающая по форме графическую кривую стабилитрона. Но разница между электроникой здесь в том, что супрессорный диод разработан и предназначен для подавления переходных напряжений, тогда как стабилитрон выполняет функцию регулирования.

Графическая кривая электрической вольтамперной характеристики однонаправленного (однополярного) супрессорного диода в процессе действия

Импульсы большой длительности подавляются TVS-диодом за счёт увеличенной площади кристалла и свойств хорошего рассеивания тепла. Пороговые значения напряжения и мощности на супрессорном диоде допустимо увеличивать путём последовательного или параллельного соединения приборов.

Переходный процесс мгновенно шунтируется, что сопровождается не менее быстрым отводом чрезмерно сильного тока от защищаемого устройства. На картинке ниже демонстрируется простейшая схема защиты, где работает супрессорный диод, и результат отвода переходного тока на землю.

Демонстрационная схема работы однополярного TVS-диода: 1 — положительный и отрицательный входные (3) импульсы величиной 8 кВ в момент переходного процесса; 2 – импульсы положительный (12В) и отрицательный (0,6В) фиксированной формы волны на выходе (4)

Как и любой другой электронный компонент, супрессорный диод обладает электрическими характеристиками. Это своего рода набор параметров, определяющих критерии функциональности заключённой внутри прибора схемы.

Супрессорный диод — расшифровка электрических характеристик

Основными показателями электрических характеристик на супрессорный диод являются:

Напряжение холостого хода — максимальное длительное постоянное или пиковое значение, которое допускается применять в стандартном диапазоне рабочих температур. Как правило, напряжение холостого хода на 10% ниже аналогичного параметра пробоя.

Напряжение пробоя — значение, измеренное на устройстве при заданном импульсном постоянном токе на характеристической кривой V / I в месте или рядом с местом возникновения пробоя (лавины). Также этот параметр известен как значение на устройстве в области пробоя до точки переключения при заданном токе пробоя.

Ток утечки — максимальный ток, который протекает через супрессорный диод при номинальном противостоянии напряжения холостого хода для заданной температуры. Также этот параметр известен как обратный ток утечки.

Ёмкость – параметр, связанный с применениями, обусловленными высокой скоростью передачи данных. Измеряется при определённой частоте и смещении. Высокий параметр ёмкости ухудшает сигналы.

Прямое напряжение – величина на супрессорном диоде в прямом проводящем состоянии при заданном токе.

Напряжение ограничения – величина на пике, измеренная на устройстве во время приложения импульсного тока для заданной формы волны. Следует иметь в виду: ток утечки и ёмкость не должны оказывать влияние на характеристики цепи.

Супрессорный диод – типичное исполнение приборов

Супрессорными диодами ограничиваются скачки напряжения до уровня допустимой величины при помощи действия шунтирующего вентиля (схемы автоматического шунтирования выхода источника питания).

Супрессорный диод шунтирующего типа начинает проводить, когда пороговая величина превышает допустимую величину.

Схематичное исполнение применяемых на практике супрессорных диодов: 1 – однонаправленного действия; 2 – двунаправленного действия; 3 – массив (матрица) управляющих элементов

Напротив, TVS-диод возвращается в непроводящее состояние, если напряжение падает ниже порогового значения. Скачки импульсов отсекаются до безопасного уровня с помощью шунтирования.

Электронные приборы TVS-диоды являются показательными примерами шунтирующих устройств. Существуют две основные категории шунтирующих конструкций:

Супрессорный диод + функция шунтирующего действия

Шунтирующие устройства срабатывают в условиях превышения пороговых напряжений, в результате чего создают падение напряжения в открытом состоянии всего на несколько вольт. Этим процессом, собственно, и обусловлено название «шунтирующий вентиль».

Приборы TVS-диоды переходят в непроводящее состояние, когда управляющее напряжение и / или ток уменьшаются в условиях переходного процесса. Примерами устройств на основе шунтирующих вентилей являются газоразрядные трубки (GDT — Gas Discharge Tubes), а также тиристоры.

Большинство супрессорных диодов, которые используются в схемах защиты с низким энергопотреблением, имеют форму волны 8/20 мкс, как показано на картинке ниже. Приборы большой мощности характеризуются формой волны импульсного перенапряжения 10/1000 мкс.

График формы волны импульса (8/20 мкс): 1 – пиковое значение тока; 2 – временная точка; 3 – параметры формы волны; Ipp – импульсные токи; Tms – значения времени в мкс

Пиковая импульсная мощность на супрессорном диоде может составлять от 30 киловатт до 25 ватт. Номинальная мощность рассчитывается как произведение пикового импульсного тока и напряжения ограничения.

По мере уменьшения ширины импульсного импульса пиковая мощность импульса увеличивается логарифмически. Для более коротких импульсов TVS-диод способен обрабатывать более высокие пиковые импульсные токи.

Пиковая импульсная мощность импульса 3 мкс составляет примерно 1 кВт. Когда импульс скачка увеличивается, как на кривой выше до 10/1000 мкс, пиковая мощность импульса снижается до 60 Вт.

Конфигурации корпусов супрессорных диодов доступны различными размерами от больших модулей до миниатюрных изделий. Поддерживается конфигурация под условия поверхностного монтажа. Электронные супрессорные приборы надёжно защищают схемы с одной или несколькими линиями, однонаправленного или двунаправленного хода.

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Источник

Гибель супрессора или когда ЭБУ испускает дым, но остается жив.

В последнее время в электронных блоках часто приходится видеть супрессоры. Работают эти штуки изумительно. При превышении заданного напряжения супрессор в течение каких-то пикосекунд! закорачивает цепь. В результате сгорает предохраниетель, а часто и сам супрессор, но дорогой электронный блок, после замены супрессора продолжает работать. Хитрый стабилитрон не пускает токи высокого напряжения к дорогим микросхемам.

К чему я это все? Довелось мне на днях влезть в блок ZBR автомобиля MAN. По словам водителя — пошел дым. Устройство это уже ремонтировалось, правда в каком-то радио-ателье. Вскрытие показало дикую картину — три неисправных диода заменили перемычками, один диод заменен на мелкий супрессор, и самое главное — мощный 6-ти киловаттный супрессор с напряжением срабатывания 30 вольт заменили на такой же, только с напряжением 27 вольт и мощностью 8 кВт. Найти логику в этих действиях невозможно. Ведь бортовое напряжение грузовика 28-28,2 В из-за чего супрессор постоянно был на грани. И в итоге, вместе с мелким супрессором, установленным вместо диода они оба пустили дым. Возникает вопрос почему же предохранители остались целы? Все дело в том, что этот ЭБУ получал три постоянных плюса (контакт 30) через 25А предохранители и один плюс зажигания (контакт 15) через предохранитель 10А, которого не было. Почему его не было — потому, что перемычки вместо диодов объединяли все 4 линии питания блока. При его установке включалось зажигание. И получалось, что три параллельных предохранителя по 25А давали в сумме 75 Ампер. А если учесть, что в грузовиках перемычки из проволки на предохранителях — это обычное дело, то последствия могут быть не предсказуемыми. В итоге получается, что мощный супрессор сопротивлялся как мог и не выдержал. По документации он рассчитан на подавление кратковременного импульса в 8 кВт, но никак не длительного.
Самое удивительное в этой истории то, что после установки правильных элементов ZBR вновь заработал, и тут же выругался на неисправную систему централизованной смазки и обрыв датчика уровня топлива 🙂

Источник

Супрессор

Что такое супрессор

Супрессор это одна из разновидностей полупроводниковых диодов.
А по своим функциям он больше всего похож на стабилитрон: он так-же открывается при определенном напряжении.

Супрессоры были созданы в 1968 году в США для защиты промышленной аппаратуры от разрядов атмосферного электричества. В условиях эксплуатации электронных приборов как промышленного, так и бытового назначения большое значение придаётся защите этих приборов именно от природных электрических импульсов.

Очень часто возникают броски напряжения и на силовых трансформаторных подстанциях. В таких случаях бытовая техника выходит из строя сотнями. На промышленных предприятиях комплексная защита имеется, но жилые дома в этом случае совершенно не защищены.

Для защиты аппаратуры от воздействия электрических перенапряжений и был разработан класс полупроводниковых приборов называемых TVS-диоды или “супрессоры”. Иногда в разговоре можно услышать: диодный предохранитель.

Наименование TVS-диод переводится как V ransient V oltage S uppressor: полупроводниковый ограничитель напряжения.

Обозначение супрессора на схемах

Супрессоры имеют некоторые разновидности, а именно: они могут быть однонаправленными и двунаправленными. А на электрических схемах супрессоры обозначаются так:

Основные электрические параметры супрессоров

U проб. (В) – значение напряжения пробоя. В зарубежной технической документации этот параметр обозначается как V_BR (Breakdown Voltage). Это значение напряжения, при котором диод резко открывается и отводит опасный импульс тока на общий провод («на землю»).

I обр. (мкА) – значение постоянного обратного тока. Это значение максимального обратного тока утечки, который есть у всех диодов. Он очень мал и практически не оказывает никого влияния на работу схемы. Иное обозначение – I_R (Max. Reverse Leakage Current). Так же может обозначаться как I_RM.

U обр. (В) – постоянное обратное напряжение. Соответствует англоязычной аббревиатуре V_RWM(Working Peak Reverse Voltage). Может обозначаться как V_RM.

U огр. имп. (В) – максимальное импульсное напряжение ограничения. В даташитах обозначается как V_CL или V_C – Max. Clamping Voltage или просто Clamping Voltage.

I огр. мах. (А) – максимальный пиковый импульсный ток. На английский манер обозначается какI_PP (Max. Peak Pulse Current). Данное значение показывает, какое максимальное значение импульса тока способен выдержать супрессор без разрушения. Для мощных супрессоров это значение может достигать нескольких сотен ампер!

P имп. (Ватт) – максимальная допустимая импульсная мощность. Этот параметр показывает, какую мощность может подавить супрессор. Напомним, что слово супрессор произошло от английского слова Suppressor, что в переводе означает «подавитель». Зарубежное название параметра Peak Pulse Power (P_PP).

Значение максимальной импульсной мощности можно найти перемножением значений U огр. имп. (V_CL) и I огр. мах. (I_PP).

Вольт-Амперные характеристики супресоров

ВАХ ограничительных диодов выглядят так:
Для однонаправленного супрессора

Для двунаправленного супрессора

Большим минусом этих диодов можно считать большую зависимость максимальной импульсной мощности от длительности импульса. Обычно рассматривается работа TVS-диода при подаче на него импульса с минимальным временем нарастания порядка 10 микросекунд и малой длительностью.

Схемы включения супрессоров

Одна из возможных схем включения супрессора:

В данном случае получается так: ограничительный диод (супрессор) VD1 установлен между двумя источниками напряжения. В случае возникновения большого импульса хотя-бы на одном входе он пробивается что приведет к перегоранию предохранителей F1 или F2. В промышленной радиоаппаратуре роль предохранителей могут исполнять низкоОмные керамические резисторы

Источник