Choix de puissance d'une diode TVS

[AstroFOX]

Bonjour,

A la suite de mon projet de source de courant, j'aimerais ajouter des diodes de protections sur les rails d'alimentation (+/-15V). De ce que je comprends, ce type de diode est "transparente" du point de vue du système, et elles ne servent qu'à écrêter si on dépasse une certaine tension, genre diode Zener mais en plus rapide.

Ma contrainte étant la place sur le PCB, l'idéal serait un format SOD-123 ou plus petit. Évidemment la puissance admissible est inférieure à celle d'un boitier DO-214AC.

La tension de travail et la tension d'avalanche/breakdown sont des notions simples à comprendre, mais comment peut-on justifier le choix de puissance pour ce type de diode?

Merci
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[gienas]

Bonjour AstroFOX et tout le groupe

... Ma contrainte étant la place sur le PCB, l'idéal serait un format SOD-123 ou plus petit. Évidemment la puissance admissible est inférieure à celle d'un boitier DO-214AC ...

Attention!

Je crois que tu supposes que la protection ... protège.

Il n’en est rien. Normalement, la dissipation est nulle. À toi de te débrouiller pour qu’une fois la puissance atteinte, la puissance devienne nulle. Il faut une protection fusible, par exemple qui doit couper avant destruction du limiteur.

[AstroFOX]

Bonjour,

J'ai bien la notion entre limiteur et protection je me suis seulement mal exprimé.

Normalement, l'alimentation +/-15V sera interne au boîtier et je prévois des fusibles électroniques avec seuil (et temporisation?) réglable.
De plus, ma carte pourra fonctionner jusqu'à +/-18V, mais les circuits linéaires dissipent plus de chaleur pour rien, d'où le choix de +/-15V.

Les rails d'alimentation ne seront pas exposés, comme ça pourrait être le cas avec des fiches bananes et alim de labo. C'est juste en prévention et pour passer les normes électriques/ESD (il y a des connecteurs BNC qui vont en façade et qui seront exposés au pistolet ESD )

Je pensais donc que des diodes de limitation, éventuellement sur-dimensionnées (tension de travail de 16V au lieu de 15V) pourraient assurer la protection des circuits en aval de l'alimentation j'en ai déjà utilisé sur d'autres PCB du type SMBJ-5.0C pour des cartes électroniques intégrables par exemple, mais elles sont plutôt costaud et prennent de la place...

[Vincent PETIT]

Bonjour,

mais comment peut-on justifier le choix de puissance pour ce type de diode?

La puissance de la transil est une caractéristique qu'on a du mal à mettre en regard de ce qui se passe dans le montage électronique quand il s’agit d'un stress extérieur dont on ne connait pas la limite de courant. Par contre dès qu'il y a une limite de courant (fusible en passage, norme CEM où les courants/impédances de sortie des appareils sont connus, d'ailleurs les datasheet des TVS collent plutôt bien avec la norme IEC61000-4-x) la puissance de la transil prend du sens. Souvent on va plutôt regarder la résistance dynamique en ayant 2 objectifs à respecter :

- La diode doit survivre au stress.
- La diode doit protéger en "clampant" serré (faible résistance dynamique)


Dans ton cas, si je prends cette diode au hasard https://docs.rs-online.com/42d2/0900766b8100fafa.pdf, il te faut une diode dont le :

- Stand-Off Voltage (V_WM) soit supérieur a ton alimentation afin que la diode soit bloqué dans la situation normale de fonctionnement.
- Breakdown Voltage V_BR(max) soit bien inférieur à la tension max des AOP car V_BR(max) c'est la tension où ça commence à clamper, elle clampouille quoi et il ne faut pas que les AOP soit mort avant.
- Maximum Clamping Voltage (V_C) soit aussi inférieur à la tension max des AOP. C'est ici qu'on voit la résistance dynamique, si la pente n'est pas assez raide V_C peut être incompatible avec la tension des AOP.
- Maximum Peak Pulse Current (I_PPM) ne doit pas être atteint, il faut que quelque chose (fusible, triac, varistance, ...) coupe le courant avant d'atteindre I_PPM.
- La réponse du fusible, s'il y en a un, doit coller avec l'allure de I_PPM figure 3 de la doc donnée en exemple. Idéalement il faudrait donc que le fusible fonde avant ~0.25ms s'il se prend 90% de I_PPM de la diode choisie.





Ainsi la puissance max de la Transil ne sera pas atteinte.

On trouve des infos dans cette doc de TI sur les courants/tensions en jeu en CEM https://www.ti.com/lit/ug/tiduas1b/t...1%2526nr%253D2

[A voir en vidéo sur Futura]

[AstroFOX]

Bonjour,

Merci beaucoup pour ces explications et les articles, ça m'a potentiellement permis de trouver ce que je cherchais. Peut être un avis sur cette diode ci? La taille du boîtier convient à ma contrainte d'encombrement.

Je pense également protéger les signaux d'entrée (8 au total) qui sont des signaux logiques SPI, Chip Select (DAC + ADC) et des entrées d'activation. Dans ce cas là c'est moins critique, les composants acceptent jusqu'à 5V sur les signaux logiques (le niveau haut minimum se situe autour de 2,1V), et en pratique je ne dépasse pas 3V (sortie du microcontrôleur). Par contre les diodes dans la gamme 3 V à 5 V coupent trop haut (7 à 8 V). Celles qui clampent à 5 V ont une tension de travail trop basse (1 à 2 V)... J'ai l'impression que le gap est moins élevé pour les diodes plus haute tension...

[gienas]

Bonjour à tous

... Je pensais donc que des diodes de limitation, éventuellement sur-dimensionnées (tension de travail de 16V au lieu de 15V) pourraient assurer la protection des circuits en aval de l'alimentation ...

Je n’avais pas vu et je réagis à ta citation.

Bien entendu, la notion de surdimensionnement n’est pas applicable ici.

Si surdimensionnement il y a c’est uniquement sur la taille, nullement sur la tension.

Ce pourrait être le cas pour un condensateur (chimique), supportant 16V pour 15V présents (même si la marge ici serait trop limite). Il faudrait prévoir du 25V, ou 30 et même 40 ou 50 et même 64V.

Pour la diode de protection, il faut viser les tensions admissibles par les composants et être très en dessous du p,us fragile.

[Vincent PETIT]

Bonjour,

Peut être un avis sur cette diode ci? La taille du boîtier convient à ma contrainte d'encombrement

Elle semble bien correspondre à ton cahier des charges si comme le dit gienas la protection clamp bien en dessous de la tension max des AOP.

Je pense également protéger les signaux d'entrée (8 au total) qui sont des signaux logiques SPI, Chip Select (DAC + ADC) et des entrées d'activation. Dans ce cas là c'est moins critique, les composants acceptent jusqu'à 5V sur les signaux logiques (le niveau haut minimum se situe autour de 2,1V), et en pratique je ne dépasse pas 3V (sortie du microcontrôleur). Par contre les diodes dans la gamme 3 V à 5 V coupent trop haut (7 à 8 V). Celles qui clampent à 5 V ont une tension de travail trop basse (1 à 2 V)... J'ai l'impression que le gap est moins élevé pour les diodes plus haute tension...

Alors, tu constates ça probablement parce que tu souhaites mettre des transil à des endroits où elles ne sont pas habituellement placées. Les transils sont faites pour écrêter des surtensions importantes venant de l'extérieur, elles sont moins bien caractérisées pour protéger une liaison SPI ou I2C qui en théorie ne peut pas subir de stress comme ceux venant de l'extérieur.

Personnellement j'ai toujours placé mes transils aux entrées et sorties donc là où sont les câbles car les problèmes arriveront par là lors des tests ou problèmes CEM, typiquement les courants de mode commun. A l'intérieur de l'électronique des simples diodes d'écrêtage judicieusement placées suffisent car on a la maîtrise de ce qui s'y passe contrairement à l'extérieur où une simple erreur de raccordement de l'opérateur est possible.

Concernant les diodes transils faible tension fait attention aux points suivants :
- Elles ont souvent des courants de fuites bien plus importants, avec ta diode Transil ça à l'air d'aller mais je t'invite à regarder dans la doc des transils que j'ai donné avant.
- Elles sont souvent plus capacitives et peuvent arrondir les signaux carrés d'une liaison numérique (voir poser problèmes avec la présence de résistance de rappel comme sur l'I2C)

Toujours au sujet des diodes faibles tensions il peut y avoir des grosses différences avec la résistance dynamique ; la CUHZ6V8 est meilleure que la P4SMA6.8 (la pente est plus raide avec la première diode), après il faut fouiller chez les fabricants mais je ne suis pas sur que tu trouves une diode transil adaptée à une protection 5Vmax pour une tension normale de fonctionnement de 3V car elles sont prévus pour encaisser un choc, dans ton cas des diodes d'écrêtage me paraissent mieux adaptés, surtout au vu des faibles courant en jeu, voir pas nécessaire du tout si elles sont déjà intégrées dans les composants.

[AstroFOX]

Bonjour,

Merci beaucoup pour tous les conseils

Effectivement les lignes de communication ne devraient pas être directement impactées. Je vais prévoir les empreintes pour des diodes Schottky rapides, et je verrai ensuite lors des tests si je les équipe ou non.

Vu le prix des diodes, je vais prévoir l'approvisionnement pour un bon batch et pas me faire avoir avec les délais assembler 2 PCB pour les tests, et le reste après validation