Protéger votre circuit imprimé des ESD en utilisant des suppresseurs de tension transitoire TVS

une personne branchant quelque chose sur son téléphone
 

 

Il y a quelques années, durant nos cours d’électronique du premier cycle, notre enseignant adorait nous donner des circuits sous la forme de « boîtes noires ». Nous devions mesurer la tension et les caractéristiques de chaque boîte pour déterminer les composants du circuit. En particulier, notre enseignant n’hésitait jamais à y balancer quelques diodes. À cette époque, je n’arrivais pas à comprendre pourquoi il faisait cela, vu je ne voyais pas l’intérêt des diodes. Cependant, j’ai commencé à apprécier les diodes lorsque je me suis mis à rechercher des moyens pour protéger mon circuit imprimé des décharges électrostatiques. Les diodes jouent un rôle essentiel dans la gestion des niveaux de tension, en particulier suite à des décharges électrostatiques (ESD).

Les ESD peuvent provenir de nombreuses sources, ne serait-ce que le fait de toucher par inadvertance le circuit. L’une des sources les plus courantes d’ESD, ce sont les entrées, comme le fait de brancher un câble ou d’appuyer sur un bouton. C’est à ce niveau qu'il faut réduire au minimum la pointe de tension qui touchera vos composants sensibles.

 

 

diode Zener

En dépit de ma sous-estimation de la valeur des diodes, celles-ci jouent néanmoins un rôle essentiel dans la conception et la protection de nombreux circuits.

 

 

Comment protéger les entrées des ESD

La première protection ESD consiste à minimiser l’impédance du chemin à la masse. C’est une façon de réduire la tension (VESD) que la carte va subir lors d’une décharge. Si l’on considère la loi d’Ohm, VESD = IESDR, or vous ne pouvez pas contrôler IESD, donc la seule façon de réduire au minimum VESD est de minimiser R. Le problème est que vous ne pouvez pas simplement réduire le chemin jusqu’à la masse, car c’est le plan de masse qui fournira un chemin direct à tous vos composants sensibles.

Au lieu de cela, vous pouvez ajouter un circuit de protection au niveau des entrées sous la forme d’un suppresseur de tension transitoire. Les suppresseurs de tension transitoire, ou TVS, se composent de deux diodes combinées avec une diode à avalanche, assemblées dans un composant unique. Cela réduit considérablement les chances que vos composants ne soient endommagés sans augmenter sensiblement le coût et la complexité de votre conception.

Le sous-circuit du TVS crée essentiellement un diviseur de courant entre le TVS et le CI ou les composants que vous souhaitez protéger. Il présente une impédance d’entrée élevée à l’entrée, ce qui fait qu’il n’interfère pas avec le fonctionnement normal. Toutefois, lorsque les pointes de courants d’entrée sont considérables, comme dans le cas d’un événement ESD, le TVS atteint sa tension de claquage et court-circuite le courant vers la masse, au lieu que ce soit les composants sensibles que vous essayez de protéger.

 

 

une personne branchant quelque chose sur son téléphone

Chaque fois que vous branchez quelque chose sur votre appareil, vous risquez de créer une décharge électrostatique.

 

 

Quelle est la meilleure façon d’utiliser la protection des TVS

Lorsque vous ajoutez un TVS à votre conception, vous devez router des pistes aussi directes que possible afin de minimiser les EMI qui sont générées dans les angles et qui se propagent dans toute la carte. Texas Instruments recommande d’utiliser des courbes de grand rayon au lieu de lignes droites brisées. Si vous ne pouvez pas le faire à cause des limitations de votre technologie de circuit imprimé, utilisez un angle maximal de 45°. À mon avis, cela ressemble à un angle de 135°, où vous avez coupé le coin au niveau de l’angle droit, comme un panneau STOP, et vous obtenez à la place deux angles très obtus. Je recommande aussi vivement de consulter la section des ressources techniques de TI quand vous aurez vraiment besoin de résoudre un problème.

 

 

conception de circuit imprimé en bleu

Vous devriez toujours utiliser des courbes à grand angle dans vos pistes près des circuits de protection ESD. Les angles les plus petits sont les plus susceptibles de générer des EMI lorsqu’une pointe de tension se dissipe.

 

 

Je profite du fait que nous parlons des traces pour vous conseiller aussi d’éviter d’utiliser un VIA pour connecter une source d’ESD (votre entrée) au TVS, quand cela est possible. Utilisez des pistes pour le routage aux TVS, vu que les VIA peuvent vraiment compliquer la protection contre les ESD. Lorsque vous êtes à proximité d’une source probable d’ESD, ce sont des complications qu'il vaut mieux éviter.

Finalement, vous devez également inclure une résistance tampon dans votre circuit de protection. Vous l’ajoutez en série entre la source possible d’ESD et le CI que vous essayez de protéger. Cela aidera à diminuer le courant de crête qui parviendra au CI depuis le diviseur de courant que vous avez ajouté à l’entrée. Certaines diodes TVS peuvent « se réinitialiser » lorsqu’elles sont soumises à une pointe de tension très grande, mais pas toutes. Si elles sont brûlées par une décharge, elles peuvent court-circuiter vers la masse et éliminer la protection du TVS. Les diodes sont puissantes, mais il est bon d’avoir une deuxième ligne de défense.

Pour choisir les TVS les plus appropriés à votre application, vous devez examiner attentivement l’inductance sur votre carte et la plage de tension contre laquelle vous devez la protéger. Texas Instruments entre dans des détails , si vous êtes prêt à commencer votre conception. Durant celle-ci, vous pouvez réduire le travail que vous aurez besoin de répéter lors de la conception de votre prochain produit en utilisant des conceptions modulaires et en gérant les exigences en interne. Un excellent outil pour y parvenir est Altium Vault, qui peut être utilisé conjointement avec le logiciel de circuits imprimés, Altium Designer. Même s’il ne choisira pas les composants pour vous (et qu’il ne fera pas l’analyse de vos circuits), il facilitera énormément le flux de vos conceptions. Des représentants d’Altium peuvent vous aider à démarrer aujourd’hui même !

 
 
 
 
 
 
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