Elektronisches Design - Klemmdioden für Leiterplatten und Schutz der transienten Spannung

Klemmdioden und transienter Spannungsschutz in PCB-Design sind sehr wichtig. Dioden, vielen Elektronikproduktanfängern bekannt, Halbleiter aus PN-Verbindungen. Wenn eine positive Spannung an die Anode angeschlossen ist und die Kathode an die Kathode angeschlossen ist, die Diode wird vorwärts verzerrt genannt. As long as the applied voltage is greater than the junction voltage (usually 0.7V), Strom fließt durch die Diode.

Aber was ist, wenn die Spannung in die entgegengesetzte Richtung angelegt wird? Bei negativer Vorspannung befindet sich die Diode in einem nichtleitenden Zustand, solange die Spannung über den Klemmen die Durchschlagsspannung nicht überschreitet. In diesem Zustand wirkt die Diode wie ein offener Kreislauf, da der umgekehrte PN-Übergang verhindert, dass Elektronen durchströmen.

Klemmdioden sind, wo diese beiden Eigenschaften verwendet werden, um die Eingangsspannung in der Leiterplattendesignschaltung zu manipulieren. Klemmdioden können als Pegelschalter eingesetzt werden und können auch zum Schutz von Bauteilen vor transienten Spannungen eingesetzt werden.

Die Diode im Klemmkreis

PCB-Positivspannen Schaltung.

Der Klemmkreis besteht aus AC-Eingang, Diode, Kondensator und Lastwiderstand. Der Klemmkreis ist in eine positive und eine negative Konfiguration unterteilt. Die obige Abbildung zeigt einen positiven Klemmkreis, der eigentlich ein positiver Pegelwandler ist.

Es funktioniert wie folgt:

Im ersten positiven Zyklus befindet sich die Diode in einem umgekehrten verzerrten Zustand, und kein Strom fließt durch die Diode. Daher ist der erste Ausgangspeak gleich dem Eingang.

Wenn der Eingang in einen negativen Zyklus eintritt, wird die Diode in einen vorwärts verzerrten Zustand versetzt. Es beginnt, Strom zu leiten und lädt den Kondensator auf die Größe der Spitzenspannung. Wenn sich die Eingangsspannung dem positiven Zyklus nähert, hält der Kondensator weiterhin die Ladung. Im negativen Zyklus ist die Ausgangsspannung 0V oder genau 0.7V, die die Anschlussspannung der Diode ist.

Im nächsten positiven Zyklus wird die Diode wieder in einen umgekehrten verzerrten Zustand versetzt. Die Diode ist offen. Allerdings wurde der Kondensator im vorherigen Zyklus auf die Eingangsspannungs-Amplitude geladen. Nun wird die Ladung durch den Lastwiderstand freigegeben, während eine positive Spannungsspitze auf den Eingang angelegt wird. Sowohl die Eingangsspannung als auch die im Kondensator gespeicherte Ladung bewirken, dass sich die gemessene Amplitude an der Ausgangsspannung verdoppelt.

Aber was ist mit der negativen Klemmschaltung der Leiterplatte? Wenn Sie nur die Richtung der Diode umkehren, erhalten Sie einen AC-Pegelschalter, der rückwärts arbeitet.

Übergangsschutz von Klemmdioden

Klemmdioden beziehen sich nicht nur auf die Ausgangsspannungsdift. Sie können vorübergehende Ereignisse, insbesondere ESD und Blitzstöße, lindern. Wenn beispielsweise die Eingangsspannung über Vh steigt, ist D1 vorwärtsverzerrt. Daher fließt anstelle der Last übermäßiger Strom durch D1. Ein strombegrenzender Widerstand wird normalerweise vor der Diode platziert, um sicherzustellen, dass die Diode innerhalb der Grenze arbeitet.

Gleiches gilt, wenn die Eingangsspannung unter VL fällt und dann D2 aktiviert wird. Indem sie überschüssigen Strom von der Last wegnehmen und die Spannung unter Vh halten, helfen diese Dioden, transiente Spannungsschäden an Komponenten zu verhindern.

Allgemein, Wählen Sie eine Diode mit größerer Stromhandhabung, niedrige Anschlussspannung und schnelle Pünktlichkeit für PCB ESD oder Überspannungsschutz. Der strombegrenzende Widerstand muss auch in der Lage sein, eine große Menge an Wärme zu deaktivieren, wenn eine große Menge an Strom fließt.