Guía del ingeniero para la selección y el uso de diodos TVS para la protección de circuitos.

Una descripción general completa de los diodos supresores de voltaje transitorio (TVS), incluyendo cómo funcionan, sus principales aplicaciones y una guía paso a paso sobre cómo seleccionar el adecuado para la protección de circuitos.

¿Qué es un diodo TVS? Una guía sobre supresores de voltaje transitorio.
Los diodos supresores de sobretensión transitoria (TVS) son componentes semiconductores especializados diseñados para proteger los dispositivos electrónicos sensibles de picos de tensión y transitorios. Al actuar como un amortiguador para el circuito, un diodo TVS limita la tensión excesiva a un nivel seguro, desviando la corriente dañina de los delicados circuitos integrados (CI) hacia tierra.

¿Por qué utilizar diodos TVS para la protección de circuitos?
Los transitorios de voltaje —picos repentinos y breves de energía— pueden ser causados ​​por multitud de eventos, entre ellos:
√Descarga electrostática (ESD) por contacto humano
√Conmutación de carga inductiva (motores, relés)
√Irrupciones eléctricas y transitorios rápidos eléctricos (EFT)
√Descarga de arco y descarga de carga en sistemas automotrices
Estos eventos suelen ser impredecibles y pueden dañar o degradar los componentes al instante. Los diodos TVS ofrecen una primera línea de defensa, reaccionando en picosegundos para limitar estos picos.

Principales ventajas de los diodos TVS:
√Tiempo de respuesta extremadamente rápido
√Capacidad de manejo de corriente de pulso de pico alto
√Gran unión PN para una absorción de energía superior
√Disponible en configuraciones unidireccionales y bidireccionales

Aplicaciones comunes de los diodos TVS
Los diodos TVS son fundamentales para proteger una amplia gama de dispositivos electrónicos modernos:
√Microprocesadores y memoria MOS
√Equipos de telecomunicaciones e infraestructura 5G
√Protección de la línea de alimentación de CA
√Electrónica de consumo (teléfonos inteligentes, ordenadores portátiles, dispositivos portátiles)
√Electrónica automotriz (ECU, bus CAN, sistemas de infoentretenimiento)
√Sistemas de control industrial (PLC, sensores)

¿Cómo funciona un diodo TVS?
Un diodo TVS se instala normalmente en paralelo con el circuito o componente que protege. Bajo tensión de funcionamiento normal, presenta una alta impedancia (circuito abierto) y no interfiere.
Cuando un pico de tensión transitorio supera la tensión de ruptura del diodo (Vbr), este cambia a un estado de baja impedancia (circuito cerrado). Esta acción limita la tensión a un nivel seguro y predeterminado (la tensión de limitación, Vc) y desvía de forma segura a tierra el pulso de corriente potencialmente destructivo.

Cómo elegir un diodo TVS: Guía paso a paso para su selección

Más allá de una simple lista, siga este proceso práctico y numerado para seleccionar el diodo TVS óptimo para su aplicación.

Paso 1: Identifique la tensión de funcionamiento normal (Vop) de su circuito.
Determine la tensión máxima en estado estacionario que su circuito experimentará durante su funcionamiento normal. Para una línea de alimentación de CC de 12 V, Vop sería de 12 V.

Paso 2: Determinar la tensión de bloqueo (Vrwm)
Seleccione un diodo TVS cuyoTensión inversa de bloqueo (Vrwm)está ligeramente por encima del voltaje máximo de funcionamiento de su circuito. Una buena regla general es:
Vrwm ≥ 1.1 * Vop
Para nuestro sistema de 12 V, se recomienda un diodo TVS con una tensión de ruptura dieléctrica (Vrwm) de al menos 13,3 V. Un componente de 15 V sería una opción común. Esto garantiza que el diodo TVS esté completamente apagado durante el funcionamiento normal.

Paso 3: Definir la amenaza y su nivel de energía (Ipp)
Identifique el tipo y la gravedad del transitorio que su circuito debe soportar. Esto se define mediante normas internacionales (por ejemplo, IEC 61000-4-2 para ESD, IEC 61000-4-5 para sobretensiones).

• Huelga ESD:Puede requerir el manejo de una corriente máxima de 30 A (HBM de 8 kV).

• Sobretensión por relámpagos:Puede requerir el manejo de una corriente máxima de cientos de amperios.
  El diodo TVSCorriente de pulso pico (Ipp)La capacidad nominal debe ser superior a la corriente de sobretensión prevista.

Paso 4: Verificar la tensión de sujeción (Vc)
Este es el parámetro más crítico para la supervivencia del circuito integrado protegido. Consulte la hoja de datos del diodo TVS para obtener más información.Tensión de sujeción (Vc)en el Ipp calculado del Paso 3.
Vc debe ser inferior a la tensión máxima de resistencia del componente que se está protegiendo.
Si el voltaje máximo absoluto de los pines de su microcontrolador es de 20 V, el Vc durante una sobretensión debe estar por debajo de este umbral, con un margen de seguridad.

Tipos de diodos TVS y sus aplicaciones
1. Diodos TVS unidireccionales frente a bidireccionales
√Unidireccional: Protege contra picos de voltaje en una polaridad. Ideal para la protección de rieles de alimentación de CC.
√Bidireccional: Protege contra sobretensiones tanto en sentido positivo como negativo. Se utiliza para la protección de líneas de CA y líneas de datos/señal.

2. Diodos Zener para regulación de voltaje y limitación de baja energía.
Si bien se utilizan con frecuencia para la regulación de voltaje, los diodos Zener también pueden funcionar como dispositivos TVS para la protección ESD de baja energía en líneas de datos de alta velocidad.
3. Diodos TVS para automoción
Diseñados para soportar el entorno eléctrico adverso de los vehículos, incluyendo sobrecargas y arranques con cables. Protegen las unidades de control electrónico (ECU), los sensores y los sistemas de infoentretenimiento sensibles.
4. Diodos de protección ESD
Un tipo especializado de diodo TVS optimizado para una respuesta ultrarrápida a las descargas electrostáticas (ESD), comúnmente utilizado en puertos USB, líneas HDMI y otras interfaces externas.
5. Conjuntos de diodos TVS (protección multilínea)
Un único componente que protege simultáneamente múltiples líneas de E/S contra descargas electrostáticas y otros transitorios, ahorrando espacio en la placa en sistemas complejos.

Comparación de diodos TVS con otros dispositivos de protección

Para tomar una decisión informada, es fundamental comprender cómo se comparan los diodos TVS con otros componentes comunes de protección de circuitos.