В реальных условиях эксплуатации аппаратуры в ее цепях могут возникать различные виды электрических перегрузок, наиболее опасными из которых являются перегрузки по напряжению, создаваемые электромагнитными импульсами естественного происхождения ( за счет грозовых разрядов ) и электромагнитными импульсами искусственного происхождения ( за счет излучений радиопередающих устройств, высоковольтных линий передач, сетей электрифицированных железных дорог и т.п.), а также за счет статического электричества и внутренних переходных процессов в аппаратуре при ее функционировании. Воздействие электромагнитного импульса (ЭМИ) естественного и искусственного происхождения на электронные компоненты приводит к изменению их параметров за счет как непосредственного поглощения ими энергии, так и воздействия на них наведенных в цепях импульсов токов и напряжений.
Наиболее эффективным средством защиты оборудования от воздействия ЭМИ является активная защита. Основными элементами схем активной защиты являются кремниевые ограничители напряжения ( за рубежом они известны под названиями TVS- диоды (transient voltage supressor) или просто супрессор ( suppressors)).
Кремниевые ограничители напряжения используются для защиты электронных устройств от всплесков перенапряжений в бортовой сети летательной и морского базирования аппаратуры, специализированных наземных электронных устройств, а также защиты бытовой электроники, в том числе: связи, телевизионной техники, автомобильной электроники, сетей электрифицированных железных дорог и др.
С января 1996 года Европейским комитетом по стандартизации ( СЕNELEC ) введены стандарты, запрещающие продажу на рынке ЕС аппаратуры без защиты, в состав которой входят ограничители напряжения.
Кремниевые ОН — полупроводниковые приборы с резко выраженной нелинейной вольтамперной характеристикой, подавляющие импульсные электри-ческие перенапряжения, амплитуда которых превышает напряжение лавинного пробоя диода. В нормальном рабочем режиме ОН должен быть «невидим», то есть не влиять на работу защищаемой цепи до момента возникновения импульса пере-напряжения. Во время действия импульса перенапряжения ОН ограничивает выброс напряжения до безопасного уровня, в то время как опасный ток протекает через диод на землю, минуя защищаемую цепь. Электрические характеристики ОН не должны оказывать никакого влияния на нормальное функционирование цепи.
ОН обладает высоким быстродействием в отличие от газоразрядных ограничителей ( разрядников ), которые из-за значительного времени срабатывания ( более 0,15 мкс ) не решают проблемы защиты многих полупроводниковых приборов и микросхем, поскольку для них недопустимы начальные выбросы напряжения, пропускаемые разрядниками. Преимуществом ОН перед разрядниками является еще то, что напряжение пробоя у них ниже напряжения ограничения ( у разрядников оно значительно выше напряжения поддержания разряда), поэтому при их применении защищаемые ими цепи не шунтируются после прохождения импульса тока переходного процесса, как это имеет место у разрядников.
Время срабатывания у несимметричных ОН менее 1 пико секунда, а у симметричных— менее 5 наносекунда. Это позволяет использовать их для защиты различных радиочас-тотных цепей, в состав которых входят чувствительные к переходным процессам полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы.
Основные электрические параметры ограничителей напряжения:
• Uпроб. при IТ , В — значение напряжения пробоя при заданном тестовом токе пробоя IТ;
• Iобр, мкА — значение постоянного обратного тока, протекающего через прибор в обратном направлении при напряжении, равном Uобр;
• Uобр., В — постоянное обратное напряжение ( в соответствии с этим параметром выбирается тип ограничителя);
• Uогр. имп. мах, В — максимальное импульсное напряжение ограничения при максимальном импульсном токе при заданных длительностях, скважности, форме импульса и температуре окружающей среды;
• Римп. мах., Вт — максимально допустимая импульсная мощность, рассеиваемая прибором, при заданных длительностях, скважности, форме импульса и температуре окружающей среды;
Тип ОН для конкретного применения выбирается, исходя из рассчитанного значения Римп. мах. с учетом длительности импульса и его формы. При этом Uобр. должно быть равно напряжению, действующему в цепи или превышать его с учетом максимального допуска.
Если мощность одного ОН не удовлетворяет заданным требованиям по Римп,мах, их соединяют последовательно. При двух последовательно соединенных ОН мощность удваивается и т. д. Допускается последовательное соединение любого числа ОН. При этом разброс по Uпроб каждого прибора не должен превышать 5% , что гарантирует равную нагрузку на последовательно соединенные приборы. Если невозможно достичь нужной мощности при последовательном соединении, допускается параллельное соединение. Для гарантированной загруженности приборов по мощности необходимо точное их согласование по Uогр.
По согласованию с ЦКБ « Дейтон » в аАО.336.640ТУ введены изменения в обозначения децибального номера ограничителей напряжения. Согласно этому ТУ условное обозначение ограничителей включает следующие элементы:
1,5; 3; 5; 10; 20 - первый элемент обозначения определяет импульсную мощность прибора, кВт ( может отсутствовать );
ОН или ДЗ - второй элемент определяет подкласс прибора - ограничитель напряжения или диод Зеннера;
6,8; 7; …; 400 - третий элемент обозначения определяет пробивное напряжение ограничителя, В;
А или Б - четвертый элемент обозначения определяет разброс напряжения пробоя: А - 5%; Б - 10%;
С - пятый элемент обозначения определяет прибор с симметричной характеристикой;
П - прибор для поверхностного монтажа.
