Supressordiode "clamping voltage"

[A. C. (michael1988)]

Hallo zuammsen
ich habe eine Frage bezüglich Supressordioden.

Ich wolte die TVS305 (nur als Beispiel hier) in meiner Schaltung in der 
Spannungsversorgung als Schutz vor ESD-Stößen verwenden. Ich habe 5 V 
Versorgungsspannung. Die Datenblattwerte im Anhang scheinen dafür zu 
passen: Bei 5 V sperrt die Diode (in Sperrrichtung) voll, bei 6 V ist 
sie im "Knick" der Kennlinie und es fließt 1 mA. Das heißt ja,  dass bei 
Spannungen über 6 V die Schutzwirkung zum Tragen kommmt.

Was ist aber diese maximale Klemmenspannung? In der angehängten pdf 
steht dazu: "Maximale Spannung die über die Ünerspannungsschutzdiode 
während eines Transienten abfallen kann.  "

Was heißt das genau? Woher kommt diese erhöhte Spannung von 9,8 V?
Ist das weil über irgendwelche Induktivitäten in der Diode während des 
Transienten eine zusätzliche Spannung abfällt, oder weil sich die 
Sperrrschichtkapazität irgendwie dazu addiert, oder was anderes?

Die zweite Frage: Wie stark tun diese 9,8 V meiner Schaltung weh, wenn 
alle angeschlossenen Bauteile für 5 V ausgelegt sind (un vlt. maximal 6 
V vertragen)?

Vom Gefühl her hätte ich gesagt, das macht nichts, aber erklären kann 
ich mein Gefühl nicht und das stört mich.

Dritte Frage: Bei ESD-Stößen, ist das eher die sehr hohe Spannung der 
kritische Faktor? Ein Kollege meinte, dass ESD-Stöße eigentlich immer 
dann ein Problem sind, wenn die Spannung so hoch ist, dass irgendwo im 
Chip Dioden (auch die Basis-Emitter(oder Kollektor)dioden) durchbrechen 
und damit irgendwo einen zu größen Stromflss im Chip erzeugen. Ist das 
so, oder was ist genau das Problem der ESD-Stöße?

Vielen Dank schonmal für jede Antwort.
Grüße Michael

[A. C. (michael1988)]

Eins ist mir grade noch eingefallen.

Ich habe im Elektronik Kompendium bei einem Beitrag zu Schutzschaltungen 
noch gelesen, dass auch Transistoren wie Dioden benutzt werden können.

Zitat:
"
/Warum Transistoren anstelle von Dioden?
Wenn die Verstärkerschaltung quasistationäre Signale verarbeiten muss, 
die mittel- bis hochohmig sind und man dabei grosse Anforderung an eine 
möglichst geringe DC-Offsetspannung und ebenso geringe 
Temperaturabhängigkeit dieser Störspannung stellt, kann diese durch den 
Einsatz von einfachen Signaldioden empfindlich gestört werden, weil 
diese zu grosse Sperrströme haben. /
"
Heißt das, wenn sich die Temperatur ändert und damit auch der Strom der 
Dioden/ die Offsetspannung, dann wird die Spannung der 
Verstärkerschaltung umso stärker beeinflusst, je größer der Strom der 
Diode ist. Und wenn Signale hochohmig (was heißt, das "Signal ist 
hochohmig" überhaupt?) sind, ist der Einfluss der Änderung des 
Dioden(Sperr-)innenwiderstandes umso größer?

Grüße
Michael

[Falk B. (falk)]

@  A. C. (michael1988)

>passen: Bei 5 V sperrt die Diode (in Sperrrichtung) voll, bei 6 V ist
>sie im "Knick" der Kennlinie und es fließt 1 mA. Das heißt ja,  dass bei
>Spannungen über 6 V die Schutzwirkung zum Tragen kommmt.

so langsam, ja.

>Was heißt das genau? Woher kommt diese erhöhte Spannung von 9,8 V?

Die fallen über der Diode ab, wenn der maximal zulässige Stoßstrom Ipp 
von 17A fließt.

>Ist das weil über irgendwelche Induktivitäten in der Diode während des
>Transienten eine zusätzliche Spannung abfällt, oder weil sich die
>Sperrrschichtkapazität irgendwie dazu addiert, oder was anderes?

Es ist der ohmsche Widerstand in der Diode.

>Die zweite Frage: Wie stark tun diese 9,8 V meiner Schaltung weh, wenn
>alle angeschlossenen Bauteile für 5 V ausgelegt sind (un vlt. maximal 6
>V vertragen)?

Ziemlich ;-) Von Schutz kann man da kaum sprechen.

>Dritte Frage: Bei ESD-Stößen, ist das eher die sehr hohe Spannung der
>kritische Faktor?

Kann man so einfach nicht sagen.

[Super Troll (Gast)]

Anstelle von exotischen Bauteilen wie einer Suppressordiode sollte man 
sich eher Gedanken zur richtigen Stromversorgung machen. Man kann ja 
einen Spannungsregler dranmachen und spezifizieren 7-15V, wenn 
ausserhalb - puff kaputt.

[A. C. (michael1988)]

Hallo Falk,

danke schonmal für deine Antwort.

Ok, die "Clamping voltage" habe ich jetzt verstanden. Nun tritt diese 
Spannung ja nur sehr kurz auf, während eines ESD-Stoßes.

Gibt es in Datenblättern Werte, die sagen, wie lang eine geringe 
Überspannung anliegen darf? Die 6 V sind ja für eine dauerhafte Spannung 
mit diesem Wert angegeben.
>
>>Die zweite Frage: Wie stark tun diese 9,8 V meiner Schaltung weh, wenn
>>alle angeschlossenen Bauteile für 5 V ausgelegt sind (un vlt. maximal 6
>>V vertragen)?
>
> Ziemlich ;-) Von Schutz kann man da kaum sprechen.


Kann man außerdem die maximal zu erwartende Klemmenspannung an der Diode 
berechnen. Nimmt man das "human body model" an mit 100 pF Kapazität und 
1500 Ohm Serienwiderstand, wie kann man dann den Stromverlauf über die 
Schutzdiode berechnen?


Viele Grüße und Danke für weitere gute Antworten

[A. C. (michael1988)]

Hi Super Troll,

meinst du mit "Spannungsregler dran machen",einen an den Eingang statt 
der Supressordiode?

Ist die Supressordiode so exotisch? Und wenn ein ESD-Stoß kommt, dann 
ist der Spannungsregler kaputt und genau das passiert, was ich ja mit 
der Supressordiode vermeiden wollte.

Oder verstehe ich dich falsch?

Grüße

[Super Troll (Gast)]

Eine supressor diode macht man sicher nicht an die kritischen 5V der 
Schaltung, sondern allenfalls vor dem Spannungsregler. Diese Human Body 
Entladungen sind pipifaz. 2kV von 10pF oder so, deswegen habe ich einen 
100nF cap am Eingang, dann ist diese Spannung nur 2kV * 10p /100'000p = 
200mV. Auf die Leiterfuehrung kommt es an.
Normalerweise nimmt man ein fertiges Schaltnetzteil, eine sogenannte 
Wandwarze, 5V 500mA oder so fuer 5Euro und die kann schon alles. Da muss 
man sich nichts mehr sorgen.

[A. C. (michael1988)]

Ja hinter der Supressordiode liegen bei mir die Spannungsregler, das 
habe ich nicht erwähnt. Die 5 V werden also nicht durch die 
Supressordiode auf 5 stabilsiert.

Meine Frage ist jetzt nur noch, ob die 9,8 V, die die Supressordiode im 
Extremfall durch lässt, dem Spannungsregler schaden können. Wenn ich 
aber jetzt, wie du sagst, z.B. die 100 nF an den Eingang der 
Spannungsregler schalte (was ich sowieso gemacht hätte), sollte 
eigentlich nix mehr passieren, richtig?