 |
|
Комбинированные супрессоры диодного типа
TVS – Transient Voltage Supressor – подавитель выбросов напряжения. Эти подавители являются полупроводниковыми приборами, у которых ВАХ аналогична стабилитрону. В условиях нормальной работы ограничители являются высокоимпедансной нагрузкой по отношению к защищаемой схеме и служат для защиты цепи. В идеальном случае, устройство выглядит как разомкнутая цепь с незначительным током утечки. Когда напряжение переходного процесса превышает рабочее напряжение цепи, импеданс ограничителя понижается, и ток переходного процесса начинает течь через ограничитель. Мощность, образовавшаяся при переходном процессе, рассеивается в пределах устройства и ограничивается максимально допустимой температурой перехода. Когда линейное напряжение достигает нормального уровня, ограничители автоматически возвращаются в высокоимпедансное состояние. Примером таких устройств является TVS-диод (рис.4).
Рис.4
TVS-диоды бывают двух типов: несимметричные и симметричные. Отличие их вольт-амперных характеристик демонстрирует рис. 5.
Рис.5
Особенностью защиты линий USB является то, что необходимо обеспечивать защиту высокоскоростных и низковольтных линий, именно поэтому часть защитных устройств, например TVS-диоды, применяться в USB не могут. На напряжениях, ниже 5В, стандартная технология TVS диодов становится непрактичной. Традиционно, TVS диоды,- это кремниевые плоскостные диоды, которые намеренно разработаны с большой площадью перехода, чтобы позволить им справляться с сильными бросками тока (площадь влияет на ток, а не на напряжение). Это делает их бесполезными для использования при низком напряжении, так как их емкостное сопротивление напрямую зависит от площади перехода, растущей экспоненциально при снижении рабочего напряжения. Емкостная нагрузка, создаваемая традиционным TVS диодом высокоскоростному сигналу или передаче через длинную линию, приводит к значительному ухудшению или отражению сигнала. Вдобавок, использование при производстве диодов высококонцентрированных присадок может заставить устройства достичь очень низких нейтральных напряжений, но, также, выразится в очень высоком возвратном токе утечки и переходной ёмкости выше нормальной.
Решением этой проблемы является применение регулирующих низкоемкостных диодов (рис.6).
Рис.6
Между двух устройств, находящихся на линии, включены два источника фиксированного напряжения – питающее напряжение (VCC) и "земля" (GND). В тот момент, когда импульс напряжения на линии превысит сумму прямого напряжения диода и опорного напряжения, диоды направят его на питающую шину или «землю». Достоинством этого метода является низкая емкостная нагрузка, быстрое время реакции и двунаправленность (относительно опорного напряжения). Однако есть и недостатки, заключающиеся в том, что дискретные компоненты не рассчитаны на высокие скачки тока, связанные с ESD и могут выйти из строя. Другая проблема этого метода – это перенаправление импульса на питающую шину, что может привести к повреждению компонентов источника питания и других элементов, подключенных к этой же шине питания. Решением этой проблемы является добавление диода TVS на шину питания, для того, чтобы импульс перенапряжения направлялся на землю (рис.7). Именно таким образом и получают комбинированные супрессоры диодного типа.
Рис.7
Пример использования комбинированного супрессора (типа NUP4201DR2) для защиты двухканального интерфейса USB 2.0 приводится на рис.8.
Рис.8
В принципе, в USB-устройствах можно встретить применение более простых интегральных супрессоров на базе регулирующих диодов. Здесь применим принцип, лучше хоть что-то, чем свеем ничего. Примеры построения таких супрессоров представлены на рис.9.
Рис.9