Suppressordiode

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Schaltzeichen für bidirektionale Suppressordioden
Einige Suppressordioden, Typ 1.5KE

Suppressordioden, auch Transient Absorption Zener Diode (TAZ-Diode) oder Transient Voltage Suppressor Diode (TVS-Diode) genannt, sind Bauteile zum Schutz elektronischer Schaltungen vor Spannungsimpulsen. In an die Schaltung angeschlossenen Kabeln können solche Spannungspulse durch Schaltvorgänge im Netz oder nahe Blitzschläge auftreten. Die dabei kurzzeitig erreichte Spannung kann ausreichen, um Halbleiterbauelemente in der Schaltung zu zerstören. Suppressordioden werden leitend, wenn eine Spannungsschwelle überschritten wird. Der Strom des Impulses wird durch Parallelschaltung an dem zu schützenden Bauteil vorbeigeführt. Dadurch kann sich keine zerstörerische Spannung oberhalb der Durchbruchspannung des Suppressors aufbauen. Dabei verhält sich dieser insbesondere durch geringen Leckstrom und Kapazität außerhalb eines Überspannungsereignisses idealerweise vollkommen neutral.

Die Suppressordiode ist bi- und unidirektional verfügbar. Letztere ist eine seit den 1990ern marktgängige Weiterentwicklung der damals schon Jahrzehnte existierenden Zenerdiode. Neue Verfahren machten es möglich, die nanosekündliche Schaltgeschwindigkeit sowie das Ableitvermögen in Durchbruchrichtung drastisch zu erhöhen, allerdings zu Lasten der Durchbruchspannungsstreuung. Die bidirektionale Supressordiode ist im Prinzip eine Antiseriellschaltung zweier unidirektionaler Pendants. Während Letztere in Gegenrichtung wie eine normale Diode ab ca. 0,7 Volt leitet, schützt die bidirektionale in beiden Stromrichtungen bis zur Durchbruchspannung und qualifiziert sich somit auch für Wechselspannungsanwendungen. Der unidirektionale Suppressor in Diodenrichtung verlangsamt dabei den antiseriellen in Durchbruchspannungsrichtung, so dass insgesamt der bidirektionale Supressor deutlich langsamer arbeitet.[1]

Supressordioden gibt es als SMD, bedrahtete Bauteile, als Arrays oder auch als Bauteil mit Schraubgewinde.

Typische Bauteilwerte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Spitzenleistung von ≈ 200 bis 30.000 W
  • Unterbindungszeit bis 20 µs (TVSD), bzw. bis 1000 µs (Power-TVSD)

Weitere kennzeichnende Bauteilwerte:

  • Leckstrom (einige Mikroampere) ist der Strom bei Nenn-Einsatzspannung, er sollte möglichst klein sein
  • Schutzpegel ist die bei einem definierten Strom (z. B. 50 A) am Bauteil anliegende Spannung. Er sollte möglichst wenig über der zu schützenden Spannung liegen, die nachfolgende elektronische Schaltung sollte diesen Pegel vertragen.

Anwendungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

TVS-Dioden werden vor allem zum Schutz von empfindlichen Bauteilen und Signaleingängen vor einmaligen, zeitlich begrenzten Überspannungen (Transienten), wie ESD-Ereignissen, Störungen durch Schaltvorgänge oder Gewitter eingesetzt. Gelegentlich werden mit ihnen auch Induktionsüberspannungen, z. B. von Relaisspulen, gegen Masse abgeleitet. Die Dioden verursachen, solange sie nicht thermisch zerstört werden, im Gegensatz zu gasgefüllten Überspannungsableitern keinen Spannungseinbruch der zu schützenden Spannung und sind daher nach dem Ansprechen auch ohne Stromunterbrechung weiter einsatzbereit.

Alternativ zu Suppressordioden werden insbesondere bei Spannungen ab etwa 100 V auch Varistoren eingesetzt. Diese haben jedoch eine etwas längere Ansprechzeit und einen höheren Schutzpegel. Darüber hinaus gibt es die schon erwähnten Gasableiter als Grobschutzelemente.

Bei zeitlich unbegrenzten Überspannungen, wie sie beispielsweise bei defekten Netzteilen auftreten können, kommt es zur Überhitzung der TVS-Diode, meistens mit thermischem Versagen, wodurch der Überspannungsschutz dann entfällt. Zum Schutz vor zeitlich unbegrenzten Überspannungen ist eine sogenannte Klemmschaltung vorzusehen.

Unipolare Suppressordioden ersetzen wegen besserer Eigenschaften und dem deutlich günstigeren Preis zunehmend Zenerdioden im hohen Leistungsbereich und haben diese nahezu vom Markt verdrängt.

Markennamen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

TVS-Dioden werden von diversen Halbleiterherstellern unter geschützten Markennamen vermarktet. Einige bekannte Markennamen für TVS-Dioden sind:

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. AND8424/D – Unidirectional versus Bidirectional Protection