Proteja su PCB de ESD -Electrostatic Discharge- con supresores de voltaje transitorio

persona enchufando algo en su celular

 

 

Hace mucho tiempo en la clase de circuitos de pregrado, a nuestro ayudante de cátedra le encantaba darnos pequeños circuitos de "caja negra". Medíamos las características del voltaje y la corriente, y luego teníamos que determinar cuáles eran los componentes que conformaban el circuito. Nuestro ayudante de cátedra amaba especialmente arrojar los diodos allí. En ese momento no podía saber por qué, ya que no conocía el propósito de los diodos. Sin embargo, llegué a apreciar los diodos cuando buscaba maneras de proteger mis PCB de las descargas electrostáticas. Los diodos son un componente crítico para administrar los niveles de voltaje, que es un efecto critico de la descarga electrostática (ESD).

La ESD puede provenir de varias fuentes, incluso de un solo toque inadvertido, y causar una descarga de voltaje que provoca estragos en su placa. Una de las fuentes más comunes de ESD es en las entradas, tales como los cables que se enchufan o los botones que se presionan. Aquí es donde querrá minimizar el pico de voltaje que alcanzará sus componentes sensibles.

 

 

diodo Zener

 

A pesar del poco aprecio de los diodos en mi juventud malgastada, son un componente crítico para el diseño y la protección de muchos circuitos.

 

 

Cómo aplicar protección contra ESD en las entradas

La primera línea de defensa en la protección contra ESD es minimizar la impedancia del trayecto a la tierra. Es una forma de minimizar el voltaje (VESD) que experimentará la placa durante una descarga. Si considera la ley de Ohm, VESD=IESDR, IESD no es algo que usted puede controlar, por lo tanto, la única manera de minimizar VESD es minimizar R. El problema es que no puede simplemente cortocircuitar el trayecto a tierra porque el plano de tierra proporcionará un trayecto directo a todos sus componentes sensibles.

En su lugar, puede agregar un circuito de protección en la entrada, en forma de supresor de voltaje transitorio. Los supresores de voltaje transitorio, o TVS, consisten de dos diodos combinados con un diodo avalancha, y también se presentan con un solo componente. Esto reduce significativamente las posibilidades de daño de sus componentes sin aumentar demasiado el costo o la complejidad de su diseño.

El subcircuito de los TVS, básicamente, crea un divisor de corriente entre el TVS y el CI, o los componentes que desea proteger. Presenta una alta impedancia de entrada en la entrada, por lo que no interfiere con el funcionamiento normal. Sin embargo, cuando la corriente de entrada aumenta drásticamente bajo un evento de ESD, el TVS alcanza su tensión de ruptura y desvía la corriente a la tierra, en lugar de hacerlo a los componentes sensibles que usted trata de proteger.

 

persona enchufando algo en su celular

 

Cada vez que se enchufa algo a un dispositivo, se introduce la oportunidad de generar una descarga electrostática.

 

 

Cómo utilizar la protección de TVS de forma eficiente

Cuando agrega un TVS a su diseño, desea atenuar sus pistas lo más posible para minimizar cualquier EMI generado en las esquinas y propagarlas en toda la placa. La recomendación de Texas Instruments es utilizar curvas de radios grandes en lugar de esquinas. Si no puede hacerlo debido a la tecnología de la PCB, utilice un ángulo de esquina de 45° como máximo. Para mí, parece un ángulo de 135°, donde en lugar de un ángulo recto, corta la esquina, como una señal de detención, y obtiene dos ángulos obtusos. Además, recomiendo mucho la sección de Recursos técnicos de TI cuando realmente necesite indagar para resolver un problema.

 

diseño de placa de circuito azul

Debe utilizar giros de gran ángulo en sus trazas, cerca de los circuitos de protección de las ESD. Es más probable que las esquinas más agudas generen EMI a medida que se disipa el pico de voltaje.

 

 

Ya que estamos en el tema de las pistas, se debe evitar usar una via para conectar la fuente de la ESD (su entrada) al TVS si es posible. Limítese a las pistas del TVS, ya que las vias pueden complicar realmente la protección contra la ESD. Cuando está tan cerca de una posible fuente de ESD, es un desastre en el que no querrá involucrarse.

Por último, también debería incluir una resistencia de amortiguación en su circuito de protección. Agréguelo en serie entre la posible fuente de ESD y el CI que intenta proteger. Eso ayuda a disminuir el pico de corriente que llegará al CI desde el divisor de corriente que agregó en la entrada. Algunos diodos de TVS pueden "restablecerse" a sí mismos de un pico de voltaje masivo, pero no todos. Si se han quemado debido a una descarga, pueden hacer corto a tierra y eliminar cualquier protección que estuviera recibiendo del TVS. Los diodos son fuertes, pero es bueno contar con una segunda línea de defensa.

Elegir el TVS adecuado para su aplicación requiere una cuidadosa consideración de la inductancia de su placa y el rango de voltaje contra el que se necesita proteger. Texas Instruments ofrece detalles delicados si está listo para comenzar su diseño. Mientras diseña, puede minimizar el trabajo que necesita repetir en su próximo producto si utiliza diseños modulares y gestiona internamente los requisitos. Una buena herramienta para esto es Altium Vault, que se puede utilizar junto con el software de PCB, Altium Designer. Si bien no elegirá los componentes para usted (ni hará sus laboratorios de circuitos), hace que su diseño fluya mucho más fácil. ¡Los representantes de Altium pueden ayudarle a comenzar hoy!

 
 
 
 
 
 
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