Reforzar la protección contra sobretensiones con diodos TVS externos

Durante décadas, los ingenieros aeroespaciales y de defensa dependieron de diodos TVS voluminosos con plomo axial para proteger equipos electrónicos sensibles de rayos y otros eventos de voltaje transitorio. A medida que la aviónica, las plataformas de defensa y los aviones eVTOL se vuelven más compactos y sensibles al peso, los diseñadores necesitan soluciones de protección que ofrezcan una alta capacidad de sobretensión sin sacrificar espacio en la placa ni la compatibilidad de fabricación automatizada.

La serie SM15KPA-HRA de Littelfuse aborda ese reto combinando la supresión de voltaje transitorio de alta fiabilidad con un paquete compacto de montaje superficial. La familia está diseñada específicamente para aplicaciones donde eventos de sobrecarga eléctrica podrían poner en peligro la seguridad, la disponibilidad del sistema o el éxito de la misión.

Como todos los diodos TVS, la serie SM15KPA-HRA sujeta picos de tensión peligrosos antes de que puedan alcanzar la electrónica sensible posterior. Lo que diferencia a esta familia es su combinación de cualificación de grado aeroespacial, un exhaustivo control de fiabilidad y compatibilidad con los procesos modernos de ensamblaje SMT.

Estos dispositivos están destinados a aviónica, electrónica de defensa y plataformas emergentes de aeronaves eléctricas que deben soportar transitorios severos inducidos por rayos, cumpliendo con exigentes requisitos de fiabilidad y fabricación.

Criterios de selección de TVS

Elegir el diodo TVS correcto comienza comprendiendo el voltaje de funcionamiento, el entorno de sobretensiones esperado y los requisitos de cualificación de la aplicación. Las aeronaves, los sistemas de defensa y la electrónica externa pueden experimentar eventos transitorios mucho más severos que los productos comerciales convencionales.

La familia SM15KPA-HRA incluye dispositivos cualificados para las formas de onda RTCA/DO-160G 3, 4 y 5. Los niveles de cualificación varían según el número de pieza y la hoja de datos proporciona matrices de aprobado/fallo para cada dispositivo. Los diseñadores pueden seleccionar tensiones de separación y características de sujeción que se alineen con el circuito protegido, manteniéndose dentro del límite de fiabilidad establecido por la familia.

La configuración también es importante. Las versiones unidireccionales son adecuadas para rieles de alimentación de CC e interfaces de polaridad simple, mientras que las variantes bidireccionales pueden sujetar eventos transitorios positivos y negativos en líneas acopladas en CA y trayectorias diferenciales de señal.

La selección adecuada del TVS sigue requiriendo asegurarse de que el voltaje de separación supere las condiciones normales de funcionamiento y que el voltaje de sujeción permanezca por debajo de la tolerancia máxima de los componentes posteriores.

El tamaño importa

La implementación física juega un papel fundamental en el rendimiento de la protección contra sobretensiones. Los dispositivos TVS de alta potencia requieren suficiente área de silicio para absorber y disipar grandes eventos transitorios, por lo que la capacidad de sobretensiones está estrechamente relacionada con la construcción del dispositivo y el diseño del encapsulado.

Una ventaja clave de la familia SM15KPA-HRA es su paquete SPD4-1 de montaje superficial. A diferencia de los dispositivos axiales tradicionales de alta potencia, soporta el ensamblaje automatizado de "tomar y colocar" mientras reduce los requisitos de espacio en la placa y ayuda a los diseñadores a cumplir objetivos agresivos de tamaño y peso.

Para aplicaciones críticas, el SM15KPA85A-HRA de Littelfuse (Figura 1) destaca las capacidades disponibles dentro de la familia. Este diodo TVS unidireccional está diseñado para proteger los buses de potencia, las interfaces de E/S y otros circuitos vulnerables de eventos de sobretensión inducidos por rayos y transitorios, manteniendo los altos estándares de fiabilidad requeridos para sistemas aeroespaciales y de defensa.

Figura 1: El SM15KPA85A-HRA de Littelfuse está diseñado para proteger el circuito de eventos de sobretensión transitoria. (Fuente de la imagen: Littelfuse)

El SM15KPA85A-HRA proporciona 15 kW de disipación de potencia de pulso pico utilizando una forma de onda de 10/1000 μs. Cuenta con un voltaje de separación inversa de 85 V, un voltaje mínimo de ruptura de aproximadamente 94.9 V, un voltaje máximo de sujeción de unos 137.6 V y una capacidad máxima de corriente de pulso de aproximadamente 109.7 A. Con un tiempo de respuesta típicamente inferior a un picosegundo, el dispositivo reacciona lo suficientemente rápido como para limitar las excursiones de tensión dañinas antes de que se propaguen por el sistema.

Cada dispositivo SM15KPA-HRA pasa por un exhaustivo cribado, entre ellos pruebas de sobretensión del 100%, ciclos de temperatura, almacenamiento a altas temperaturas, inspección por rayos X y pruebas de polarización inversa a alta temperatura conforme a las metodologías MIL-STD-750. La familia opera entre -55 °C y +150 °C, está disponible en versiones unidireccionales y bidireccionales, y ofrece una combinación de protección contra rayos, garantía de fiabilidad y compatibilidad SMT para la electrónica aeroespacial de próxima generación.

Conclusión

La serie SM15KPA-HRA de Littelfuse combina capacidad de sobretensiones de 15 kW, protección contra transitorios de rayos RTCA/DO-160G en las formas de onda 3, 4 y 5, riguroso cribado de alta fiabilidad y una huella compacta de montaje superficial. Al permitir una supresión sólida de transitorios en aplicaciones de aviónica, defensa y eVTOL, la familia ayuda a los diseñadores a proteger la electrónica crítica sin las limitaciones de tamaño, peso y fabricación de las soluciones tradicionales de orificio pasante.