設計用于瞬態(tài)電壓抑制的 PCB

2021-07-06

設計用于瞬態(tài)電壓抑制的 PCB

飛機中、靠近高壓設備且接地策略較弱的 PCB 存在因靜電放電 (ESD) 而損壞的嚴重風(fēng)險。當 ESD 發(fā)生時(shí)，巨大的電流尖峰會(huì )通過(guò)您的電路板傳播，從而損壞組件和熱敏感組件。有多種方法可以保護您的電路板免受 ESD 的影響。除了實(shí)施正確的接地策略外，選擇正確的元件來(lái)抑制電路板中的 ESD 將保護敏感元件免受高電流的影響。Altium Designer 包括實(shí)施正確接地策略所需的工具，并包括保護電路板免受 ESD 影響所需的組件。

在單個(gè)軟件程序中具有最佳組件管理、原理圖設計和布局功能的 PCB 設計包。

如果您將電源板用于家用電子產(chǎn)品，那么您已經(jīng)了解它們提供的電涌保護。如果發(fā)生雷擊、家庭電線(xiàn)短路或大面積停電后，浪涌保護器將充當電壓抑制器，抑制電子設備中感應的電壓和電流尖峰，保護它們免受損壞。一些電涌保護器包括一個(gè)斷路器，在發(fā)生電涌時(shí)會(huì )跳閘，完全阻止任何有害的電流尖峰損壞您的電子設備。

并非所有 PCB 都是可以使用電涌保護器保護的系統的一部分。雖然消費電子產(chǎn)品可以連接到 110 V 或 220 V 交流線(xiàn)路上的電涌保護器，但工業(yè)電子產(chǎn)品可以連接到各種不同的電源。除了電源浪涌之外，這些板還可能受到來(lái)自各種來(lái)源的放電?？拷渌踅拥氐母邏合到y的電路板可能會(huì )收到 ESD，從而在電路和組件中感應出較大的瞬態(tài)電壓。這會(huì )對您的組件造成嚴重損壞并損壞您的電路板。

在航空航天中，根據 FAA 標準要求瞬態(tài)電壓抑制，航空電子系統中的功率可接受性應根據 CBEMA 曲線(xiàn)設計。雷擊期間可能會(huì )在飛機上產(chǎn)生巨大的電壓和電流尖峰，飛機中的關(guān)鍵電氣系統必須設計成能夠承受這些事件。

您可以在電路板上實(shí)施多種瞬態(tài)電壓抑制方法，包括包含用于保護的特定組件或實(shí)施正確的接地策略。無(wú)論您選擇哪種方法，您都需要使用設計軟件，以便在 PCB 級別輕松實(shí)現這些保護。這不僅僅是計劃使用電涌保護器或斷路器來(lái)保護電子設備。

使用組件進(jìn)行瞬態(tài)電壓抑制

對于瞬態(tài)電壓抑制器并防止損壞敏感電路的最簡(jiǎn)單方法可能是在出現尖峰時(shí)切斷電路電源。這就像在電路板的線(xiàn)路上放置一個(gè)斷路器一樣簡(jiǎn)單。一旦電流超過(guò)某個(gè)閾值，斷路器將跳閘，電路將切斷電源。

雖然這對于防止因電涌保護器無(wú)法抑制的電涌而損壞您的電路是很好的，但它無(wú)助于防止 ESD 從外部源直接傳播到您的電路板。您可以將保險絲和小型斷路器直接放置在較大的電路板上以保護敏感電路，但這些元件太大而無(wú)法包含在與高性能組件接口的較小的現代電路板上。更進(jìn)一步需要使用專(zhuān)門(mén)為瞬態(tài)電壓抑制設計的組件。

瞬態(tài)電壓抑制組件

提供瞬態(tài)電壓抑制器的組件可以采用多種形式。電弧觸點(diǎn)、濾波器和固態(tài)半導體器件都用于敏感電路中的電流尖峰保護。一種流行的用于電流抑制的半導體器件是金屬氧化物變阻器。這些器件具有各種瞬態(tài)電壓值的額定值，并且很容易作為通孔組件包含在電路中。

另一個(gè)用于敏感電路瞬態(tài)電壓抑制的流行組件是 TVS 二極管。一旦電壓或電流尖峰的幅度超過(guò)二極管的雪崩擊穿閾值，這些二極管就會(huì )通過(guò)分流過(guò)電流來(lái)提供過(guò)壓保護。與壓敏電阻或氣體放電管等較舊的設備相比，這些組件對過(guò)壓的響應速度要快得多。

任何用于瞬態(tài)電壓抑制的浪涌保護設備都可以與負載串聯(lián)使用，以衰減進(jìn)入附近組件的電流。它們還可以與負載并聯(lián)使用，以將瞬變轉移到接地連接。

ESD 可能來(lái)自許多外部來(lái)源，在電信、配電和航空電子系統中尤為重要。

抑制 PCB 中 ESD 的一個(gè)有用組件是在關(guān)鍵電路中放置一個(gè) TVS 二極管。

跡線(xiàn)和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò )的端接方法在天線(xiàn)設計之外很有用。

使用 Altium Designer 搜索和比較庫中的組件

采用正確接地策略的 ESD 保護

即使您使用浪涌保護設備繞過(guò)敏感電路的電流尖峰或使用濾波器抑制瞬態(tài)電壓，當您使用正確的接地策略時(shí)，您也可以為您的電路提供出色的 ESD 保護。將連接放回機箱接地會(huì )將任何耗散電流送回大地或大導體，確保系統中的任何電流尖峰都不會(huì )損壞敏感組件。

帶元件和接地的浪涌保護

單獨使用組件并不是解決 ESD 問(wèn)題的萬(wàn)能藥，這同樣適用于正確接地。您應該選擇使用這兩種策略來(lái)保護您的電路免受 ESD 引起的電流尖峰的影響，而不是僅僅依靠組件或接地。放置您需要的組件并定義接地電流吸收器需要正確的 PCB 設計軟件以及廣泛的組件庫和電路建模功能。

瞬態(tài)分析是確定浪涌保護過(guò)濾策略有效性或評估 PCB 中 TVS 二極管有效性的絕佳工具。

一旦您設計了接地策略并完成了布局，您就可以驗證其有效性并使用 PDN 分析儀檢查接地回路、潛在的熱問(wèn)題以及島嶼或半島。

PDN 分析儀可能是復雜的野獸，但它們可以在單個(gè)模擬輸出中顯示有關(guān)配電網(wǎng)絡(luò )的大量信息。

Altium Designer 中 PDN 分析器的輸出示例

使用最好的 PCB 軟件設計強大的 ESD 保護

使用完整的 PCB 設計軟件包將允許您在單個(gè)界面內的電路板中包含浪涌保護或鉗位電壓策略。您不需要在不同的原理圖設計、布局和電源分析工具之間切換來(lái)設計您的電路板。相反，您的所有關(guān)鍵工具都應該放在一個(gè)界面中，讓您能夠在一個(gè)程序中為您的 PCB 實(shí)施最佳電路保護策略。

Altium Designer：?jiǎn)我环庋b中的最佳設計工具

當您的設計、布局和分析工具出現在單個(gè)界面中時(shí)，您可以識別可能造成 ESD 漏洞的設計問(wèn)題，并在單個(gè)程序中糾正它們。沒(méi)有其他 PCB 設計軟件程序能提供 Altium Designer 的生產(chǎn)力和適應性。

Altium Designer 中規則驅動(dòng)的設計引擎可幫助您發(fā)現設計錯誤并確保您的所有設計功能協(xié)同工作。

統一設計意味著(zhù)您所有重要的設計工具都放在一個(gè)程序中，該程序以一致的工作流程運行。只有 Altium Designer 才能創(chuàng )建這種環(huán)境，并將您的原理圖設計、布局、組件管理和分析工具放在一個(gè)程序中。

使用 TVS 二極管等組件進(jìn)行瞬態(tài)電壓抑制需要保留大量組件庫并管理您的供應鏈。

使用 Altium Designer，您可以在一個(gè)程序中訪(fǎng)問(wèn)您的組件庫和布局工具。您不必在程序之間切換來(lái)實(shí)施接地策略或特殊組件來(lái)抑制 PCB 中的 ESD。無(wú)論您是在航空航天、發(fā)電和配電還是任何其他行業(yè)工作，Altium Designer 都能為您提供設計 ESD 保護和瞬態(tài)電壓抑制所需的工具。

在統一的設計環(huán)境中工作似乎并不熟悉，但 Altium 將提供資源幫助您取得成功。如果您需要入門(mén)幫助，或者您只是在尋找有用的設計技巧，您可以訪(fǎng)問(wèn)廣泛的知識庫、網(wǎng)絡(luò )研討會(huì )和設計專(zhuān)家播客、AltiumLive 論壇和有用的功能教程。Altium 為您提供快速加速并獲得設計成功所需的所有資源。

沒(méi)有其他設計平臺在單個(gè)程序中包含您需要的重要原理圖設計、組件管理和布局功能。您無(wú)需使用具有不一致工作流程和分離功能的多個(gè)程序，您需要使用唯一適用于任何應用程序的集成 PCB 設計軟件。使用 Altium Designer 實(shí)施 ESD 保護策略和您的下一個(gè)設備所需的組件。