¿Para qué se utilizan los diodos Zener bidireccionales en la protección contra transitorios de CC?

Question

A menudo veo que se colocan dos zeners (en oposición entre sí) a través de los carriles de la fuente de alimentación. No entiendo por qué es necesario.

Por ejemplo, si tengo un diodo Zener de 16V y un carril de alimentación de 12V, el Zener de 16V protegerá el suministro de transitorios por encima de 16V. También evitará los transitorios negativos por debajo de -0,7V, por ejemplo, si invierto la batería.

¿Por qué colocar dos zeners en oposición mejoraría esto? Digamos que si coloco dos zeners de 15V en la misma configuración. Ahora protegerá el suministro de transitorios por encima de ~16V (lo cual está bien). pero ahora sólo protegerá el suministro de transitorios negativos por debajo de -16V en lugar de -0,7V. ¿Por qué alguien querría esto? ¡No quiero que el raíl de alimentación vaya al negativo en ningún momento!

Por ejemplo: vea los circuitos de ejemplo en http://cds.linear.com/docs/Datasheet/4359f.pdf

Answer 1

Las normas de diseño de automóviles son muy estrictas.

La electrónica debe sobrevivir a un coche arrancado en marcha atrás y alimentado con 24V. (Sí, la gente todavía hace eso en pleno invierno) También debe manejar la descarga de carga con una batería bajo carga que se desconecta.

Si tu diseño desvía la batería a -0,7V se fundirá como un fusible y no tendrás protección.

Por lo tanto, se advierte que las pruebas de automoción son mucho más estrictas. Este diseño particular de zener es para proteger el regulador de fallas dentro de su entrada máxima de -40V ~+80V, lo cual puede parecer suficiente pero estos zeners no se fundirán en la prueba de automoción de +24/12V y sin embargo protegen el dispositivo de picos adicionales por encima de eso.

Answer 2

Los dispositivos TVS bidireccionales, como has mencionado, no tienen polaridad. Pueden utilizarse para limitar las oscilaciones positivas y negativas en una aplicación de CA. Dos dispositivos unidireccionales en serie pueden hacer esto también, pero usted puede adaptar el umbral de sujeción cambiando los TVSs - usted podría tener un 12V en serie con a 24V con polaridad opuesta, y la abrazadera trabajaría en 12V + 0.6V una manera, o 24V + 0.6V la otra manera.

En un circuito de CC, se pueden insertar en cualquier dirección y "funcionarán" como has descrito: una pinza positiva útil, y una pinza negativa menos útil (en muchos casos). Sin embargo, si instalas un solo TVS unidireccional al revés, tendrás una abrazadera positiva realmente rígida a través de lo que estás tratando de proteger - para tu ejemplo, en lugar de 16V, estará atascado en 0,6 - 0,7V.

Para la sujeción de bajo voltaje (como las abrazaderas ESD en las líneas I2C), es normal ir con los dispositivos unidireccionales para mantener los picos negativos bajo control.

Su hoja de datos citada muestra una aplicación de automoción, donde la CC procedente de la batería / alternador es casi la fuente de CC más desagradable que se pueda imaginar (increíblemente rígida y sujeta a inmensos y temibles transitorios / sobretensiones, etc.) - la elección de un TVS de 70V en serie con uno de 24V es deliberada:

The LTC4359 operates from 4V to 80V and withstands
an absolute maximum range of –40V to 100V without
damage. In automotive applications the LTC4359 operates
through load dump, cold crank and two-battery jumps,
and it survives reverse battery connections while also
protecting the load.