piirejä näiltä jännite- ja virtapiikeiltä. SUUNNITTELUN HAASTEET Elektronisissa järjestelmissä on monia eri syitä lyhytkestoisille jännite- ja virtapiikeille, mutta jotkut elektroniikan käyttöympäristöt ovat alttiimpia transienteille kuin toiset. Ajoneuvojen, teollisuuden ja tietoliikennesovelluksissa esiintyy tunnetusti paljon potentiaalisesti haitallisia tapahtumia, jotka voivat vaurioittaa järjestelmään liitettyjä sähkölaitteita, mutta ylijännitetapahtumat eivät rajoitu vain näihin ympäristöihin. Muita mahdollisia ylijännitesuojainten käyttökohteita ovat kaikki sovellukset, jotka edellyttävät suurijännitteistä tai -virtaista tehonsyöttöä tai sovellukset, jotka kytketään käyttölaitteisiin ’lennossa’. Samoin mahdollisia ovat erilaisia moottoreita sisältävät järjestelmät sekä sovellukset, jotka saattavat joutua alttiiksi salamoinnin aiheuttamille syöksyaalloille. Suurijännitteisiä tapahtumia voi esiintyä eripituisilla aikaväleillä, mikrosekunneista satoihin millisekunteihin, joten joustava ja luotettava suojamekanismi on välttämätön kalliiden elektronisten laitteiden pitkäikäisyyden varmistamiseksi. Esimerkiksi ajoneuvon sähköjärjestelmässä saattaa kuormituksen nopean muutoksen vuoksi esiintyä "load dump" -jännite-
Kuva 2. Perinteiset suojausvälineet.
piikki, kun laturi kytkeytyy hetkellisesti irti akusta. Irtikytkennän seurauksena täysi latausvirta kohdistuu hetken ajan suoraan tehonsyöttölinjaan, mikä voi nostaa jännitteen erittäin korkealle (yli 100 voltin) tasolle satojen millisekuntien ajaksi. Tietoliikennesovelluksissa voi olla useita mahdollisia syitä ylijännitteisiin, aina datansiirtokorttien ’lennossa’ vaihtamisesta ulkoisiin asennuksiin, jotka voivat altistua salamaniskuille. Induktiiviset jännitepiikit ovat mahdollisia myös pitkissä kaapeleissa, joita käytetään suurissa tiloissa. Viime kädessä laitteen käyttöympäristön tulee olla oikein huomioitu suunnittelussa ja laitteen täyttää julkaistut spesifikaatiot. Tämä auttaa suunnittelijaa rakentamaan järjestelmälle optimaalisen suojauksen, joka on sekä robusti että huomaamaton, ja mahdol-listaa suojauksen takana olevien laitteiden sähköisen toiminnan turvallisten
Taulukko 1. Erityppisten TVS-komponenttien tyypillisiä vasteaikoja.
Page 32
jännitetasojen puitteissa ja mahdollisimman vähäisin keskeytyksin. PERINTEISET SUOJAUSTAVAT Kun otetaan huomioon lukuisat erityyppiset sähköilmiöt, herää kysymys, mitä kaikkea suunnittelijan arsenaalissa tulee olla, jotta järjestelmään liitettyjä herkkiä elektroniikkalaitteita voidaan suojata tehokkaasti? Perinteiset suojaustavat perustuvat useampaan kuin yhteen suojakomponenttiin. Ylijännitesuojauksessa käytössä voi olla esimerkiksi lyhyitä jännitepiikkejä vaimentava TVSkomponentti (Transient Voltage Suppressor), ylivirtasuojaksi sijoitettu linjasulake, sarjadiodi napaisuudeltaan väärin kytketyn akun/teholähteen varalta sekä sekalainen valikoima kondensaattoreita ja keloja vähemmän energiaa sisältävien piikkien suodattamiseksi. Vaikka nämä erilliskomponentteihin perustuvat kytkennät voivat täyttää laitteiden suojaamiseksi asetetut spesifikaatiot, ne johtavat kuitenkin monimutkaisiin toteutuksiin, jotka edellyttävät suunnitteluvaiheessa lukuisia iteraatiokierroksia oikeantasoisen suodatuksen aikaansaamiseksi. Seuraavassa käydään lähemmin läpi näitä ratkaisuja ja tarkastellaan toteutusten etuja ja haittoja.
ETNdigi - 1/2021