Los picos de voltaje transitorios y las sobretensiones tienen diversos grados de impacto en los circuitos electrónicos, que van desde molestos fallos menores hasta consecuencias catastróficas que causan daños a los componentes del circuito.Las causas de estas transientes son diversas., incluidos los rayos, la electricidad estática y las descargas inducidas (figura 1).
Figura 1. Los transitorios pueden ser causados por rayos, electricidad estática o descargas inducidas, etc., lo que puede causar daños graves a los equipos electrónicos sin protección.
Transientes como este pueden producir impulsos con voltajes máximos que van desde cientos de voltios a decenas de miles de voltios y corrientes de hasta kilóamperes,con una duración de cientos de nanosegundos a milisegundos.
La miniaturización del IC y el procesador y la reducción del voltaje de alimentación los hacen más sensibles a los fenómenos transitorios eléctricos.Esto es particularmente cierto para los vehículos que están controlados por múltiples sistemas electrónicos., incluidos el motor, la dirección, el frenado, el aire acondicionado y el entretenimiento.
Para proteger los circuitos sensibles, se han desarrollado una variedad de estrategias de diseño, incluidos el cableado blindado, filtros, dispositivos de supresión de arco y sujeción.mientras que la supresión de arco y la protección de la abrazadera están activasLos dispositivos de supresión de arco, tales como los huecos de chispas, los tubos de descarga de gas y los tiristores desvían las corrientes transitorias a la tierra para proteger el circuito.el equipo protegido no funciona, pero una vez que el transitorio desaparece, el equipo puede funcionar normalmente.
Los dispositivos de sujeción incluyen el varistor de óxido metálico (MOV), el diodo zener,y diodos de avalancha de supresión de voltaje transitorio (TVS) que mantienen un voltaje constante a través del equipo protegido mediante una impedancia variableEstas tecnologías pueden usarse por separado o simultáneamente. El diodo TVS se utiliza ampliamente como dispositivo de sujeción debido a su rápida respuesta y gran disipación de energía.
Diodo de supresión de voltaje transitorio
El diodo TVS es un diodo de avalancha utilizado como dispositivo de sujeción.desvía la corriente excesiva y mantiene o aprieta el voltaje a un potencial constanteCuando el voltaje aplicado es inferior al valor de avería, se reinicia automáticamente.
Los diodos TVS se pueden utilizar como dispositivos unidireccionales para evitar los transitorios de dispositivos unipolares o bidireccionales para evitar los transitorios de cualquiera de las polaridades (Figura 2).Los dispositivos bidireccionales pueden ser simétricos, sujetado a cualquier voltaje de polaridad con la misma amplitud, o asimétrico, sujetado a diferentes niveles de voltaje según la polaridad del transitorio.
Figura 2: Las características de descomposición de corriente y voltaje de los tres dispositivos TVS y sus símbolos esquemáticos.
El principio de funcionamiento del diodo TVS unidireccional es similar al del diodo simple.Está encendido cuando se aplica el sesgo hacia adelante y no cuando se aplica el sesgo inverso hasta que se exceda el voltaje de ruptura (VBR) del diodoCuando el voltaje aplicado excede el VBR, el diodo se enciende y el voltaje en ambos extremos se mantiene en el voltaje de sujeción (VC).La potencia máxima que este diodo puede disipar es la corriente de impulso máximo (IPP) x VC.
Los diodos TVS bidireccionales son equivalentes a dos diodos de espalda a espalda.Esta operación es simétrica porque las amplitudes de voltaje de ruptura son las mismas para ambas condiciones de sesgo.
Los diodos TVS asimétricos se comportan de manera similar a los dispositivos bidireccionales, pero los voltajes de ruptura (VBR1 y VBR2) son diferentes.
Diodo TVS asimétrico
Es posible que quieras saber por qué se requieren diodos TVS asimétricos. Estos componentes están diseñados para proteger a los controladores de puertas en los MOSFET de carburo de silicio (SiC). Debido a la velocidad de conmutación rápida de SiC, los conductores de puertas de alta velocidad pueden ser usados para la transmisión de datos.Estas unidades son vulnerables a los daños debido a los transitorios de sobre-tensiónVeamos el MOSFET SiC o inversor de tracción para la carga a bordo (Figura 3).