設計用于瞬態電壓抑制的 PCB

2021-07-06

設計用于瞬態電壓抑制的 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) 而損壞的嚴重風險。當 ESD 發生時，巨大的電流尖峰會通過您的電路板傳播，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。除了實施正確的接地策略外，選擇正確的元件來抑制電路板中的 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品，那么您已經了解它們提供的電涌保護。如果發生雷擊、家庭電線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斷路器，在發生電涌時會跳閘，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。雖然消費電子產品可以連接到 110 V 或 220 V 交流線路上的電涌保護器，但工業電子產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自各種來源的放電?？拷渌踅拥氐母邏合到y的電路板可能會收到 ESD，從而在電路和組件中感應出較大的瞬態電壓。這會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 標準要求瞬態電壓抑制，航空電子系統中的功率可接受性應根據 CBEMA 曲線設計。雷擊期間可能會在飛機上產生巨大的電壓和電流尖峰，飛機中的關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施多種瞬態電壓抑制方法，包括包含用于保護的特定組件或實施正確的接地策略。無論您選擇哪種方法，您都需要使用設計軟件，以便在 PCB 級別輕松實現這些保護。這不僅僅是計劃使用電涌保護器或斷路器來保護電子設備。

使用組件進行瞬態電壓抑制

對于瞬態電壓抑制器并防止損壞敏感電路的最簡單方法可能是在出現尖峰時切斷電路電源。這就像在電路板的線路上放置一個斷路器一樣簡單。一旦電流超過某個閾值，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法抑制的電涌而損壞您的電路是很好的，但它無助于防止 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法包含在與高性能組件接口的較小的現代電路板上。更進一步需要使用專門為瞬態電壓抑制設計的組件。

瞬態電壓抑制組件

提供瞬態電壓抑制器的組件可以采用多種形式。電弧觸點、濾波器和固態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。

另一個用于敏感電路瞬態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二極管的雪崩擊穿閾值，這些二極管就會通過分流過電流來提供過壓保護。與壓敏電阻或氣體放電管等較舊的設備相比，這些組件對過壓的響應速度要快得多。

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

ESD 可能來自許多外部來源，在電信、配電和航空電子系統中尤為重要。

抑制 PCB 中 ESD 的一個有用組件是在關鍵電路中放置一個 TVS 二極管。

跡線和阻抗匹配網絡的端接方法在天線設計之外很有用。

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敏感電路的電流尖峰或使用濾波器抑制瞬態電壓，當您使用正確的接地策略時，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 問題的萬能藥，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。

瞬態分析是確定浪涌保護過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，但它們可以在單個模擬輸出中顯示有關配電網絡的大量信息。

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設計您的電路板。相反，您的所有關鍵工具都應該放在一個界面中，讓您能夠在一個程序中為您的 PCB 實施最佳電路保護策略。

Altium Designer：單一封裝中的最佳設計工具

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

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

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

使用 TVS 二極管等組件進行瞬態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，您可以在一個程序中訪問您的組件庫和布局工具。您不必在程序之間切換來實施接地策略或特殊組件來抑制 PCB 中的 ESD。無論您是在航空航天、發電和配電還是任何其他行業工作，Altium Designer 都能為您提供設計 ESD 保護和瞬態電壓抑制所需的工具。

在統一的設計環境中工作似乎并不熟悉，但 Altium 將提供資源幫助您取得成功。如果您需要入門幫助，或者您只是在尋找有用的設計技巧，您可以訪問廣泛的知識庫、網絡研討會和設計專家播客、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。

沒有其他設計平臺在單個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。您無需使用具有不一致工作流程和分離功能的多個程序，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 實施 ESD 保護策略和您的下一個設備所需的組件。