Несмотря на кажущуюся надежность, любая электронная схема уязвима перед перенапряжениями. Защитный диод-супрессор способен предотвратить выход из строя дорогостоящей аппаратуры. Давайте разберемся, каким должен быть оптимальный защитный диод.
Назначение и принцип работы защитного диода
Защитные диоды, или супрессоры, были изобретены в 1968 году в США после того, как выяснилось, что перенапряжения ежегодно выводят из строя бытовую электронику на 12 миллиардов долларов.
Для защиты электронных схем и радиоаппаратуры от перенапряжения и скачков напряжения используются такие эффективные радиоэлементы, как диодный предохранитель (ПОН или TVS).
Основная функция защитного диода - ограничивать амплитуду опасных импульсов напряжения. Как только напряжение на входе превысит допустимый предел, диод перейдет в режим лавинного пробоя и отведет избыточную энергию на землю, не дав повредить остальным элементам схемы.
В отличие от других стабилитронов и ограничителей, защитные диоды обладают рекордно высоким быстродействием - порядка нескольких наносекунд. Это позволяет им успевать защищать схему даже от самых коротких и мощных импульсов.
Типы защитных диодов
Существует два основных типа защитных диодов:
- Однонаправленные (несимметричные) - работают только при определенной полярности напряжения;
- Двунаправленные (симметричные) - функционируют в схемах как с постоянным, так и с переменным током.
Наиболее популярная и проверенная серия защитных диодов - TRANSZORB производства компании Vishay. Эти супрессоры выпускаются в широком диапазоне рабочих напряжений от 6 до 440 В.
Для защиты цифровой техники в 220 В сети хорошо подходят симметричные TRANSZORB серии 1.5KE440CA. Они способны гасить импульсы мощностью до 1500 Вт.
Основные параметры защитных диодов
При выборе защитного диода необходимо ориентироваться на следующие ключевые характеристики:
- Напряжение пробоя Упроб - определяет максимально допустимое напряжение до срабатывания защиты;
- Ток утечки Иут - обратный ток в выключенном состоянии, желательно минимальный;
- Максимальный импульсный ток Иимп - величина тока, который способен выдержать диод без разрушения;
- Максимальная импульсная мощность Пимп - вычисляется перемножением Упроб и Иимп.
При выборе конкретной модели защитного диода для схемы необходимо учитывать два основных фактора - рабочее напряжение источника питания и возможную амплитуду помех.
Напряжение пробоя супрессора должно быть выше максимального выходного напряжения источника, иначе диод будет постоянно "срабатывать" в штатном режиме. В то же время чем ниже Упроб, тем лучше диод сможет защитить схему от коротких импульсов.
По значению Пимп можно определить, подходит ли выбранный диод по быстродействию и "прочности". Для защиты мощного силового каскада или питания требуется очень "крепкий" супрессор.
Правила выбора защитного диода
Чтобы правильно подобрать защитный диод для конкретной схемы, необходимо выполнить следующие действия:
- Определить максимально возможное выходное напряжение источника питания;
- Оценить амплитуду и длительность помех в цепи;
- Рассчитать требуемые параметры Упроб, Иимп и Пимп исходя из полученных данных;
- Подобрать модель защитного диода с запасом по всем ключевым характеристикам.
Например, для защиты усилителя звука в автомобиле напряжением 12 В от помех от системы зажигания потребуется супрессор следующих параметров:
- Упроб не менее 15 В;
- Иимп порядка 100 А;
- Пимп около 1000 Вт.
Исходя из этих данных, оптимальным вариантом будет диод 1.5KE16A производства Vishay.
Монтаж защитного диода
При монтаже защитных диодов необходимо учитывать следующие нюансы:
- Полярность подключения (положение катода и анода);
- Надежный электрический и тепловой контакт с радиатором;
- Минимизация длины проводников от супрессора до защищаемой цепи.
Рекомендуется устанавливать диод как можно ближе к источнику опасных импульсов или непосредственно к защищаемому узлу.
Проверка защитных диодов
Перед установкой в цепь необходимо проверить исправность защитного диода при помощи мультиметра в режиме прозвонки диодов.
При правильном подключении (анод - красный щуп) на дисплее должно отобразиться падение напряжения порядка 0,6-0,7 В. Если диод "звонит" в обе стороны или показания меньше 0,1 В - скорее всего, он неисправен.
Проблемы и ограничения защитных диодов
Несмотря на высокую эффективность, у защитных диодов есть ряд недостатков:
- Высокий уровень обратного тока утечки в выключенном состоянии;
- Зависимость параметров от температуры и длительности импульса;
- Ограничение по максимальной рассеиваемой мощности.
Поэтому иногда требуется устанавливать несколько диодов последовательно или параллельно для повышения защитных свойств.
Альтернативные способы защиты от перенапряжений
Помимо защитных диодов, для ограничения выбросов напряжения могут использоваться:
- RC-цепочки (резистор и конденсатор);
- Варисторы на основе оксида цинка;
- Разрядники и газовые трубки;
- Фильтры помех;
- Специальные стабилизаторы напряжения.
Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки по сравнению с защитными диодами.
