Conception électronique - PCB Clamp Diode et protection de tension transitoire

Les diodes de clampage et la protection de tension transitoire sont très importantes dans la conception de PCB. De nombreux débutants en électronique savent que les diodes sont des semi - conducteurs fabriqués à partir de jonctions PN. Lorsqu'une tension positive est connectée à l'anode et que la cathode est connectée à la cathode, la diode est dite polarisée en direct. Tant que la tension appliquée est supérieure à la tension de jonction (typiquement 0,7 v), un courant circule dans la Diode.

Mais que se passe - t - il si la tension est appliquée dans la direction opposée? En polarisation négative, la diode est dans un état non conducteur tant que la tension aux bornes ne dépasse pas la tension de claquage. Dans cet état, la diode agit comme un circuit ouvert car la jonction PN polarisée en inverse empêche le passage des électrons.

La diode de clampage est l'endroit où ces deux propriétés sont utilisées dans un circuit de conception de carte PCB pour manipuler la tension d'entrée. La diode de clampage peut être utilisée comme décaleur de niveau ou pour protéger les éléments contre les tensions transitoires.

Diodes dans le circuit de clampage

Circuit de verrouillage positif PCB.

Le circuit de clampage est constitué d'une entrée alternative, d'une diode, d'un condensateur et d'une résistance de charge. Le circuit de clampage est divisé en configuration positive et négative. La figure ci - dessus montre un circuit de clampage positif qui est en fait un convertisseur de niveau positif.

Son principe de fonctionnement est le suivant:

Dans le premier cycle positif, la diode est dans un état de polarisation inverse et aucun courant ne circule dans la Diode. Le premier pic de sortie est donc égal à l'entrée.

Lorsque l'entrée entre dans un cycle négatif, la diode est dans un état de polarisation directe. Il commence à conduire le courant et charge le condensateur à la taille de la tension de crête. Lorsque la tension d'entrée est proche d'une période positive, le condensateur continue à maintenir la charge. En cycle négatif, la tension de sortie est de 0v, soit exactement 0,7v, qui est la tension de jonction de la Diode.

Au cycle positif suivant, la diode est à nouveau dans un état de polarisation inverse. La Diode est ouverte. Cependant, le condensateur est chargé à l'amplitude de la tension d'entrée dans le cycle précédent. Maintenant, la charge sera libérée par la résistance de charge tout en appliquant un pic de tension positif à l'entrée. Tant la tension d'entrée que la charge stockée dans le condensateur vont faire doubler l'amplitude mesurée à la tension de sortie.

Mais qu'en est - il du circuit de verrouillage négatif de PCB? Il suffit d'inverser la direction de la diode et vous obtiendrez un convertisseur de niveau AC qui fonctionne en sens inverse.

Protection transitoire des diodes de clampage

Les diodes de clampage ne sont pas seulement liées à la dérive de la tension de base. Ils peuvent atténuer les événements transitoires, en particulier les ESD et les surtensions de foudre. Par example, D1 est polarisé en direct lorsque la tension d'entrée dépasse VH. Ainsi, un courant trop important circule à travers D1 au lieu de la charge. Une résistance de limitation de courant est généralement placée devant la diode pour s'assurer que la diode fonctionne dans une plage limite.

La même chose s'applique lorsque la tension d'entrée descend en dessous de VL, D2 sera alors activé. En retirant l'excès de courant de la charge et en maintenant la tension en dessous de VH, ces diodes contribuent à éviter les dommages transitoires de tension au composant.

En général, les diodes avec une plus grande capacité de traitement du courant, une faible tension de jonction et un temps de conduction rapide sont choisies pour la protection ESD ou surtension du PCB. La résistance de limitation de courant doit également être capable de désactiver une grande quantité de chaleur lorsqu'elle est parcourue par un courant important.