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設(shè)計(jì)用于瞬態(tài)電壓抑制的 PCB
設(shè)計(jì)用于瞬態(tài)電壓抑制的 PCB
飛機(jī)中、靠近高壓設(shè)備且接地策略較弱的 PCB 存在因靜電放電 (ESD) 而損壞的嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng) ESD 發(fā)生時(shí)，巨大的電流尖峰會(huì)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(hù)您的電路板免受 ESD 的影響。除了實(shí)施正確的接地策略外，選擇正確的元件來抑制電路板中的 ESD 將保護(hù)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(hù)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(shè)計(jì)和布局功能的 PCB 設(shè)計(jì)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(hù)。如果發(fā)生雷擊、家庭電線短路或大面積停電后，浪涌保護(hù)器將充當(dāng)電壓抑制器，抑制電子設(shè)備中感應(yīng)的電壓和電流尖峰，保護(hù)它們免受損壞。一些電涌保護(hù)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(shè)備。
并非所有 PCB 都是可以使用電涌保護(hù)器保護(hù)的系統(tǒng)的一部分。雖然消費(fèi)電子產(chǎn)品可以連接到 110 V 或 220 V 交流線路上的電涌保護(hù)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自各種來源的放電。靠近其他弱接地的高壓系統(tǒng)的電路板可能會(huì)收到 ESD，從而在電路和組件中感應(yīng)出較大的瞬態(tài)電壓。這會(huì)對您的組件造成嚴(yán)重?fù)p壞并損壞您的電路板。
在航空航天中，根據(jù) FAA 標(biāo)準(zhǔn)要求瞬態(tài)電壓抑制，航空電子系統(tǒng)中的功率可接受性應(yīng)根據(jù) CBEMA 曲線設(shè)計(jì)。雷擊期間可能會(huì)在飛機(jī)上產(chǎn)生巨大的電壓和電流尖峰，飛機(jī)中的關(guān)鍵電氣系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)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(hù)的特定組件或?qū)嵤┱_的接地策略。無論您選擇哪種方法，您都需要使用設(shè)計(jì)軟件，以便在 PCB 級別輕松實(shí)現(xiàn)這些保護(hù)。這不僅僅是計(jì)劃使用電涌保護(hù)器或斷路器來保護(hù)電子設(shè)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單方法可能是在出現(xiàn)尖峰時(shí)切斷電路電源。這就像在電路板的線路上放置一個(gè)斷路器一樣簡單。一旦電流超過某個(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(hù)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(xiǎn)絲和小型斷路器直接放置在較大的電路板上以保護(hù)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(xiàn)代電路板上。更進(jìn)一步需要使用專門為瞬態(tài)電壓抑制設(shè)計(jì)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(dǎo)體器件都用于敏感電路中的電流尖峰保護(hù)。一種流行的用于電流抑制的半導(dǎo)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二極管的雪崩擊穿閾值，這些二極管就會(huì)通過分流過電流來提供過壓保護(hù)。與壓敏電阻或氣體放電管等較舊的設(shè)備相比，這些組件對過壓的響應(yīng)速度要快得多。
任何用于瞬態(tài)電壓抑制的浪涌保護(hù)設(shè)備都可以與負(fù)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(fù)載并聯(lián)使用，以將瞬變轉(zhuǎn)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(tǒng)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。
跡線和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的端接方法在天線設(shè)計(jì)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(hù)
即使您使用浪涌保護(hù)設(shè)備繞過敏感電路的電流尖峰或使用濾波器抑制瞬態(tài)電壓，當(dāng)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(hù)。將連接放回機(jī)箱接地會(huì)將任何耗散電流送回大地或大導(dǎo)體，確保系統(tǒng)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(hù)
單獨(dú)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(yīng)該選擇使用這兩種策略來保護(hù)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(shè)計(jì)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(hù)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(shè)計(jì)了接地策略并完成了布局，您就可以驗(yàn)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(fù)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(shè)計(jì)強(qiáng)大的 ESD 保護(hù)
使用完整的 PCB 設(shè)計(jì)軟件包將允許您在單個(gè)界面內(nèi)的電路板中包含浪涌保護(hù)或鉗位電壓策略。您不需要在不同的原理圖設(shè)計(jì)、布局和電源分析工具之間切換來設(shè)計(jì)您的電路板。相反，您的所有關(guān)鍵工具都應(yīng)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(hù)策略。
Altium Designer：單一封裝中的最佳設(shè)計(jì)工具
當(dāng)您的設(shè)計(jì)、布局和分析工具出現(xiàn)在單個(gè)界面中時(shí)，您可以識(shí)別可能造成 ESD 漏洞的設(shè)計(jì)問題，并在單個(gè)程序中糾正它們。沒有其他 PCB 設(shè)計(jì)軟件程序能提供 Altium Designer 的生產(chǎn)力和適應(yīng)性。
Altium Designer 中規(guī)則驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)引擎可幫助您發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤并確保您的所有設(shè)計(jì)功能協(xié)同工作。
統(tǒng)一設(shè)計(jì)意味著您所有重要的設(shè)計(jì)工具都放在一個(gè)程序中，該程序以一致的工作流程運(yùn)行。只有 Altium Designer 才能創(chuàng)建這種環(huán)境，并將您的原理圖設(shè)計(jì)、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(yīng)鏈。
使用 Altium Designer，您可以在一個(gè)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(shí)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(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(shè)計(jì) ESD 保護(hù)和瞬態(tài)電壓抑制所需的工具。
在統(tǒng)一的設(shè)計(jì)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。如果您需要入門幫助，或者您只是在尋找有用的設(shè)計(jì)技巧，您可以訪問廣泛的知識(shí)庫、網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)和設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)成功所需的所有資源。
沒有其他設(shè)計(jì)平臺(tái)在單個(gè)程序中包含您需要的重要原理圖設(shè)計(jì)、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(gè)程序，您需要使用唯一適用于任何應(yīng)用程序的集成 PCB 設(shè)計(jì)軟件。使用 Altium Designer 實(shí)施 ESD 保護(hù)策略和您的下一個(gè)設(shè)備所需的組件。