हार्डवेयर इंजीनियर के लिए सर्ज सप्रेशन और ग्राउंडिंग डिज़ाइन गाइड

एक ट्रांससीवर फील्ड से वापस आता है, जिसमें लाइन ड्राइवर की जगह पर छेद हो गया है। ग्राहक का कहना है कि पास में ही बिजली गिरी थी, सीधा नहीं। आप IC की अकेले जांच करते हैं और वह सभी जांचों में पास हो जाता है। असली कारण कहीं और है: सर्ज प्रोटेक्टर बहुत धीरे काम करता है, उसके तार बहुत लंबे थे, और अर्थिंग पाथ ठीक से डिज़ाइन नहीं किया गया था। पार्ट ने अपना काम किया, सिस्टम ने नहीं।

सर्ज सप्रेशन और ग्राउंडिंग डिज़ाइनर के तौर पर आपकी ज़िम्मेदारी है, न कि आईसी विक्रेता की। इन्हें नज़रअंदाज़ करने पर आपको RMA चक्र, बार-बार फील्ड में विफलताएँ और सुरक्षा जोखिम का सामना करना पड़ेगा। तो IEC 61000-4-5 के तहत क्षणिक वोल्टेज जंक्शन पर किस प्रकार दबाव डालता है? सुरक्षा चरणों का एक साथ काम करना क्यों ज़रूरी है? सर्ज प्रोटेक्शन डिवाइस कहाँ लगाया जाता है, और ग्राउंडिंग और लेआउट कैसे तय करते हैं कि लाइटनिंग/सर्ज प्रोटेक्शन काम करेगा या नहीं?

चाबी छीन लेना

• सबसे पहले अपने आपातकालीन ऊर्जा स्तर में अचानक होने वाले बदलावों (सर्ज) और परीक्षण स्तरों का पता लगाएं। इससे आपको बाद में लिए जाने वाले हर निर्णय में मार्गदर्शन मिलेगा।

• सुरक्षा चरणों को एक साथ काम करने दें। उनके बीच प्रतिबाधा जोड़ें ताकि वे ऊर्जा के उछाल को साझा कर सकें।

• सर्ज प्रोटेक्टर के तारों को छोटा और सीधा रखें। लंबे तार अतिरिक्त वोल्टेज को बढ़ा देते हैं।

• बोर्ड बिछाने से पहले अर्थिंग पाथ की योजना बना लें। कम इंडक्टेंस वाला छोटा ग्राउंड पाथ सुरक्षा प्रणाली को प्रभावी बनाता है।

• क्रीपेज, क्लीयरेंस और डीएफएम नियमों का पालन करें । ये नियम क्षणिक तरंगों को अंतरालों को पार करने से रोकते हैं।

बोर्ड स्तर पर बढ़ते खतरे

आईईसी 61000-4-5 परीक्षण स्तर

IEC 61000-4-5 उन सर्ज वेवफॉर्म को निर्धारित करता है जिनके आधार पर आपको डिज़ाइन करना होता है। कॉम्बिनेशन वेव जनरेटर सबसे आम स्रोत है। यह 1.2/50 µs का ओपन-सर्किट वोल्टेज और 8/20 µs का शॉर्ट-सर्किट करंट उत्पन्न करता है, इसलिए इंजीनियर इसे "1.2/50-8/20 µs" सर्ज कहते हैं। इसका प्रभावी आउटपुट इंपीडेंस 2 Ω है, जो पीक ओपन-सर्किट वोल्टेज और पीक शॉर्ट-सर्किट करंट का अनुपात है। बाहरी दूरसंचार उपकरण इसके बजाय एक उच्च-ऊर्जा जनरेटर का सामना करते हैं, जिसमें 10/700 µs का वोल्टेज वेव और 5/320 µs का करंट वेव होता है।

वेवफॉर्म सेट	वोल्टेज तरंग	वर्तमान तरंग	ठेठ आवेदन
संयोजन की लहर	1.2 µs / 50 µs	8 µs / 20 µs	अधिकांश अनुप्रयोग
उच्च-ऊर्जा जनरेटर	10 µs / 700 µs	5 µs / 320 µs	बाहरी दूरसंचार नेटवर्क

फ्रंट टाइम और ड्यूरेशन वर्चुअल पैरामीटर हैं, न कि साधारण राइज़ टाइम। ओपन-सर्किट वोल्टेज के लिए, फ्रंट टाइम 30%–90% राइज़ टाइम का 1.67 गुना होता है। पार्ट्स चुनने से पहले अपने प्रोडक्ट स्टैंडर्ड को टेस्ट लेवल से मिला लें। जेनरेटर इंपीडेंस आपको बताता है कि दिया गया वोल्टेज आपके बोर्ड में कितना करंट प्रवाहित करता है।

ऊर्जा का प्रवाह किस प्रकार अर्धचालक जंक्शनों पर तनाव डालता है?

बिजली गिरने या स्विचिंग सर्ज से आपके बोर्ड तक दो तरह से बिजली पहुंचती है। कॉमन-मोड ट्रांजिएंट वोल्टेज इंटरफ़ेस केबल के माध्यम से करंट प्रवाहित करता है और उसे अर्थिंग के माध्यम से वापस भेजता है। डिफरेंशियल-मोड ट्रांजिएंट वोल्टेज सिग्नल पेयर पर ही दिखाई देता है। दोनों ही विद्युत सर्ज और स्पाइक्स के रूप में ट्रेसेस में जुड़ जाते हैं, और दोनों ही सबसे कमजोर जंक्शन पर सबसे पहले प्रभाव डालते हैं।

सेमीकंडक्टर जंक्शन सबसे पहले इसलिए खराब होते हैं क्योंकि वे करंट को एक छोटे से आयतन में केंद्रित कर देते हैं। रिवर्स ब्रेकडाउन क्षेत्र से गुजरने वाला क्षणिक वोल्टेज सिलिकॉन के एक छोटे से क्षेत्र में ऊर्जा का प्रवाह बढ़ा देता है। इसके परिणामस्वरूप स्थानीय तापन होता है और जंक्शन शॉर्ट हो जाता है। यही कारण है कि कनेक्टर पर लगा सर्ज प्रोटेक्टर एक मजबूत आईसी से कहीं अधिक महत्वपूर्ण है। क्लैंप को ऊर्जा को डाई तक पहुंचने से पहले ही मोड़ देना चाहिए।

सबसे पहले अपने सर्ज वातावरण और परीक्षण स्तर को परिभाषित करें। सर्ज सुरक्षा चरण से लेकर लेआउट तक, बाद के सभी विकल्प इसी संख्या पर निर्भर करते हैं।

चरणबद्ध वृद्धि दमन वास्तुकला

कोई एक उपकरण बिजली के झटके को झेलते हुए आईसी पर मजबूती से पकड़ बनाए नहीं रख सकता। इसके लिए चरणबद्ध सुरक्षा प्रणाली की आवश्यकता होती है। प्रत्येक चरण अपनी क्षमता के अनुसार ऊर्जा को संभालता है और सभी चरण आपस में ऊर्जा के भार को साझा करते हैं।

एमओवी, जीडीटी और टीवीएस डायोड का समन्वय करना

तीन-चरणीय मॉडल में सर्विस एंट्रेंस पर गैस डिस्चार्ज ट्यूब (जीडीटी), मध्य में मेटल-ऑक्साइड वैरिस्टर (एमओवी) और संरक्षित सर्किट के पास ट्रांजिएंट-वोल्टेज-सप्रेशन डायोड (टीवीएस) लगाया जाता है। सर्विस एंट्रेंस सर्ज प्रोटेक्शन चरण मुख्य धारा को मोड़ देता है। मध्य चरण प्रवाहित धारा को अवशोषित करता है। अंतिम चरण आईसी पिन पर अवशिष्ट वोल्टेज को नियंत्रित करता है।

प्राचल	GDT	MOV	टीवीएस डायोड
प्रतिक्रिया की गति	100 एनएस – 1 µs	1 – 25 एनएस	उप nanosecond
सर्ज करंट प्रबंधन	5 – 100 केए	500 ए – 40 केए	10 - 500 ए
ऊर्जा अवशोषण	उच्च (चाप के माध्यम से kJ)	10 जूल – 2 किलो जूल	0.1 – 50 जूल
क्लैम्पिंग व्यवहार	लोहदंड	मध्यम क्लैम्पिंग अनुपात	टाइट क्लैम्पिंग अनुपात

समन्वय विभिन्न चरणों के बीच प्रतिबाधा को अलग करने पर निर्भर करता है। इसमें प्रेरकत्व या प्रतिरोध जोड़ें ताकि ऊर्जा पूरी श्रृंखला में फैल जाए। इसके बिना, सबसे तेज़ उपकरण पहले सक्रिय हो जाता है और पूरी घटना को अवशोषित कर लेता है। एक TVS पिकोसेकंड में ओवरशूट को नियंत्रित करता है। श्रृंखला प्रतिबाधा के पार बढ़ता वोल्टेज नैनोसेकंड में MOV को सक्रिय करता है। अत्यधिक धारा सैकड़ों नैनोसेकंड के भीतर GDT आर्क को प्रज्वलित करती है और दसियों किलोएम्पीयर धारा को जमीन पर प्रवाहित करती है।

क्लैम्पिंग बनाम क्रोबार व्यवहार

एक मेटल ऑक्साइड वैरिस्टर और एक ट्रांजिएंट वोल्टेज सप्रेसर क्लैंप। ये वोल्टेज को एक निश्चित स्तर पर बनाए रखते हैं और ऊर्जा को स्वयं नष्ट कर देते हैं। एक जीडीटी और एक एसआईडीएसीटर क्रोबार। ये टूट जाते हैं, फिर कम वोल्टेज वाली चालक अवस्था में लॉक हो जाते हैं।

एक क्रोबार का कम होल्डिंग वोल्टेज इसे कम बिजली की हानि के साथ उच्च फॉल्ट करंट ले जाने की अनुमति देता है, इसलिए यह क्लैंप की तुलना में अधिक समय तक उच्च धाराओं को सहन कर सकता है।

उस मजबूती के साथ एक शर्त जुड़ी है। क्रोबार तब तक लॉक रहता है जब तक सर्किट फॉलो करंट को क्लियर नहीं कर देता। आपको एक फ्यूज, पीटीसी या सोर्स इंपीडेंस जोड़ना होगा जो करंट को होल्डिंग लेवल से नीचे सीमित करता है। तापमान की चरम सीमाओं पर क्लियरिंग की जांच करें। क्लैम्पिंग डिवाइस को क्लियरिंग की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन यह हर बार उपयोग करने पर तनावग्रस्त हो जाता है। बार-बार हिट होने पर एमओवी खराब हो जाते हैं। टीवीएस डायोड उनसे अधिक समय तक चलते हैं लेकिन बहुत कम ऊर्जा सहन कर पाते हैं।

बैकअप फ़्यूज़ शॉर्ट सर्किट होने पर सर्ज प्रोटेक्टर से सुरक्षा प्रदान करते हैं। फ़्यूज़ का आकार सामान्य ऑपरेटिंग करंट से अधिक और डिवाइस की फॉल्ट करंट क्षमता से कम रखें। प्रत्येक पार्ट के फेलियर मोड की जाँच करें। शॉर्ट सर्किट होने पर MOV या TVS का मतलब आमतौर पर यह होता है कि सर्ज उसकी रेटिंग से अधिक था। उच्च लीकेज करंट बार-बार सर्ज के कारण खराबी को दर्शाता है। बार-बार विफलता का मतलब है कि आपने बहुत छोटा डिवाइस चुना है। डेटा लाइनों पर संचार त्रुटियाँ अक्सर उच्च कैपेसिटेंस वाले पार्ट के कारण होती हैं। कनेक्टर से दूर गलत तरीके से लगाने से भी सर्ज सप्रेशन और फ़िल्टरिंग सिस्टम कमजोर हो जाता है ।

सर्ज प्रोटेक्शन डिवाइस का चयन करना

साइजिंग और क्लैम्पिंग वोल्टेज

स्टैंडऑफ वोल्टेज से शुरू करें। रिवर्स स्टैंडऑफ वोल्टेज सामान्य लाइन वोल्टेज से अधिक होना चाहिए। इसमें सप्लाई टॉलरेंस, रिपल, ओवरशूट और तापमान परिवर्तन शामिल हैं। सामान्य संचालन के दौरान 5V रेल 5.25V या 5.5V तक पहुंच सकती है, इसलिए 5V स्टैंडऑफ सामान्य उपयोग में लीक हो सकता है या चालू हो सकता है। ब्रेकडाउन वोल्टेज और स्टैंडऑफ वोल्टेज को आपस में न मिलाएं। कम लीकेज की गारंटी स्टैंडऑफ रेटिंग पर दी जाती है, ब्रेकडाउन पॉइंट पर नहीं।

प्राचल	अर्थ	चयन नियम
रिवर्स स्टैंडऑफ़ वोल्टेज	निर्दिष्ट न्यूनतम रिसाव के साथ उच्चतम निरंतर वोल्टेज	यह अधिकतम मान्य लाइन वोल्टेज से अधिक होना चाहिए।
क्लांपिंग वोल्टेज	एक निश्चित पल्स के दौरान डिवाइस के पार वोल्टेज	संरक्षित परिपथ की सुरक्षित क्षणिक सीमा से नीचे रहना आवश्यक है।
पीक पल्स करंट	किसी दिए गए तरंगरूप के लिए अधिकतम पल्स धारा	अपेक्षित क्षणिक धारा से अधिक होना चाहिए
पीक पल्स पावर	अधिकतम अल्पकालिक पल्स शक्ति	निम्नीकृत परिकलित पल्स शक्ति से अधिक होना चाहिए

अगला चरण, सर्ज करंट का अनुमान लगाएं और क्लैम्प की जांच करें। 24V औद्योगिक इनपुट के लिए, 33V स्टैंडऑफ़ काम करता है। 1000V स्रोत, 54V क्लैम्प और 42Ω स्रोत प्रतिरोध के साथ, 8/20 µs पल्स करंट लगभग 22.5A होता है। यदि संरक्षित परिपथ 60V सहन कर सकता है, तो वह 54V क्लैम्प PCB ओवरशूट से पहले केवल 6V का मार्जिन छोड़ता है। क्लैम्पिंग वोल्टेज को कभी भी नज़रअंदाज़ न करें। एक डायोड पल्स को झेल सकता है लेकिन फिर भी संरक्षित IC को नुकसान पहुंचाने के लिए पर्याप्त क्षणिक वोल्टेज प्रवाहित होने दे सकता है।

स्टैंडऑफ वोल्टेज का चयन केवल नाममात्र रेल से न करें। सुनिश्चित करें कि डेटाशीट वेवफॉर्म अपेक्षित खतरे से मेल खाता हो, और पीक पल्स पावर पर तापमान के अनुसार रेटिंग घटाएँ।

प्लेसमेंट और लीड की लंबाई

तार के आगे बढ़ने से पहले, कनेक्टर पर ही सर्ज प्रोटेक्शन डिवाइस लगाएँ । लंबे कनेक्टिंग लीड्स से प्रतिबाधा और प्रेरक वोल्टेज ड्रॉप बढ़ जाता है। जब उच्च आवृत्ति वाला क्षणिक करंट प्रवाहित होता है, तो यह प्रतिबाधा आगे के उपकरणों तक पहुँचने वाले शेष क्लैम्पिंग वोल्टेज को बढ़ा देती है। इससे सुरक्षा स्तर गिर जाता है और संवेदनशील लोड्स को उनकी आवेग सहन क्षमता से अधिक वोल्टेज का सामना करना पड़ता है।

लीड छोटी, सीधी और निर्बाध रखें। अरेस्टर और मेन नेटवर्क या अर्थिंग के बीच लीड की अधिकतम अनुशंसित लंबाई 0.5 मीटर है, जिसे अक्सर 50 सेंटीमीटर का नियम कहा जाता है। अरेस्टर और उपकरण के बीच केबल 10 मीटर से अधिक लंबी नहीं होनी चाहिए। इससे अधिक होने पर, उपकरण के पास एक दूसरा समन्वित सर्ज प्रोटेक्टर लगाएं।

सर्ज अरेस्टर को उपकरण टर्मिनलों और ग्राउंड से जोड़ने के लिए लीड की लंबाई कम से कम होनी चाहिए और इसे यथासंभव सीधा स्थापित किया जाना चाहिए, जिससे मोड़ कम से कम हों।

यहां DFM की सीमाएं ही चुनाव को प्रभावित करती हैं। फाइन-पिच ट्रांजिएंट वोल्टेज सप्रेसर पैकेज पैड के आकार और स्टैंडऑफ क्लीयरेंस को सीमित करते हैं। पार्ट को किसी भी स्प्लिट के सर्ज एंट्री साइड पर रखें और रिटर्न पाथ को उसी लेयर पर बनाए रखें। यदि असेंबली हाउस पैड की ज्यामिति को संभाल नहीं पाता है, तो सूचीबद्ध और उचित रेटिंग वाला सर्ज प्रोटेक्टिव डिवाइस भी विफल हो जाता है।

सर्ज सुरक्षा के लिए ग्राउंडिंग डिज़ाइन

सुरक्षात्मक अर्थिंग बनाम सिग्नल ग्राउंड

प्रोटेक्टिव अर्थ और सिग्नल ग्राउंड अलग-अलग काम करते हैं। प्रोटेक्टिव अर्थ फॉल्ट करंट को प्रवाहित करता है और चेसिस को अर्थ पोटेंशियल पर रखता है। इस तरह, एनक्लोजर को छूने वाला व्यक्ति सुरक्षित रहता है। सिग्नल ग्राउंड आपके सर्किट का संदर्भ बिंदु है। यह चेसिस के सापेक्ष किसी भी वोल्टेज पर हो सकता है। जब तक आप यह तय नहीं कर लेते कि वे कहाँ मिलते हैं, तब तक इन्हें अलग-अलग नेट मानें।

पहलू	मार्गदर्शन
सिग्नल ग्राउंड बनाम चेसिस ग्राउंड	सर्किट ग्राउंड को चेसिस ग्राउंड से जोड़ना आवश्यक नहीं है। यूएसबी से चलने वाले उपकरण में, GND तार सर्किट ग्राउंड से और शील्ड चेसिस से जुड़ती है।
एकल-बिंदु बंधन	सर्किट के पावर ग्राउंड को चेसिस से केवल एक ही बिंदु पर जोड़ें।
उच्च-आवृत्ति बंधन	उच्च आवृत्ति वाले शोर को कम करने के लिए सर्किट के जीएनडी से शील्ड तक कुछ सौ पीएफ का एक छोटा संधारित्र जोड़ें।
ढाल संभालना	शील्ड और सिग्नल रिटर्न को अलग-अलग बिंदुओं के रूप में रखें। शील्ड फील्ड को ब्लॉक करती है और जब तक आप इसे डिज़ाइन न करें, तब तक इसमें करंट प्रवाहित नहीं होना चाहिए।
शोर और लूप	सर्किट रेफरेंस को शील्ड से अलग करने से नॉइज़ पाथ और सिग्नल रिटर्न पाथ अलग हो जाते हैं। इससे ग्राउंड लूप, ऑसिलेशन और सप्लाई हमिंग से बचा जा सकता है।

चेसिस को सिग्नल ग्राउंड से एक बिंदु पर जोड़ें, फिर उच्च आवृत्ति रिटर्न के लिए छोटा कैपेसिटर लगाएं। इससे सुरक्षा बॉन्ड मजबूत बना रहता है और उच्च आवृत्ति पर शोर के लिए एक छोटा मार्ग मिलता है।

सिंगल-पॉइंट, मल्टीपॉइंट और हाइब्रिड ग्राउंडिंग

सिंगल-पॉइंट ग्राउंडिंग सभी रिटर्न को एक कॉमन नोड से जोड़ती है। यह ग्राउंड लूप्स को सीमित करती है और बिजली गिरने के दौरान सभी हिस्सों को एक समान पोटेंशियल पर बनाए रखती है। यह लगभग 10 मेगाहर्ट्ज से ऊपर काम करना बंद कर देती है, जहां लंबे कंडक्टर एंटीना की तरह काम करते हैं। मल्टीपॉइंट ग्राउंडिंग ग्राउंड करंट को कई रास्ते देती है और पोटेंशियल को बराबर करती है। यह बिल्डिंग स्टील के माध्यम से लूप्स और आवारा करंट को भी बढ़ावा देती है। हाइब्रिड ग्राउंडिंग दोनों का मिश्रण है: एक सिंगल-पॉइंट बैकबोन और मल्टीपॉइंट सबसिस्टम।

1 मेगाहर्ट्ज और 30 मेगाहर्ट्ज के बीच काम करने वाले सर्किटों के लिए, एक हाइब्रिड दृष्टिकोण का उपयोग किया जाता है। यदि ग्राउंड वायर की लंबाई ऑपरेटिंग सिग्नल की तरंगदैर्ध्य के 1/20 से कम है, तो सिंगल-पॉइंट ग्राउंडिंग का उपयोग करें। अन्यथा, मल्टी-पॉइंट ग्राउंडिंग का उपयोग करें।

रिटर्न करंट को ध्यान में रखते हुए ग्राउंड प्लेन स्प्लिट और स्टिचिंग की योजना बनाएं। सिग्नल के नीचे स्प्लिट होने से उसका रिटर्न करंट डायवर्ट हो जाता है और वह लूप रेडिएट होता है। जहां सिग्नल को क्रॉस करना हो, वहां कैपेसिटर या एक पतले ब्रिज से स्प्लिट को स्टिच करें। सर्ज प्रोटेक्टिव डिवाइस और संरक्षित उपकरण के लिए अर्थिंग व्यवस्था को एक साथ डिज़ाइन करें। सर्ज प्रोटेक्टर को अर्थ से एक छोटा, कम इंडक्टेंस वाला पाथवे चाहिए। उपकरण को अपना खुद का रेफरेंस चाहिए। सर्ज प्रोटेक्टिव डिवाइस से ग्राउंडिंग कंडक्टर को एक कॉमन अर्थ पॉइंट तक ले जाएं और उस कंडक्टर को सिग्नल रिटर्न से अलग रखें। अपने स्थानीय कोड के अनुसार सर्विस एंट्रेंस पर फेज, न्यूट्रल और उपकरण ग्राउंडिंग कंडक्टर को बॉन्ड करें। फिर सप्रेसर को भी उसी पॉइंट पर ग्राउंड करें। एक लंबा, साझा ग्राउंड वायर हर स्टेज पर ट्रांजिएंट वोल्टेज को बढ़ा देता है और आपके द्वारा बनाए गए कोऑर्डिनेशन को बेकार कर देता है। प्रभावी बिजली सुरक्षा इस साझा अर्थ रेफरेंस पर निर्भर करती है, न कि केवल सप्रेसर पर। पहले सर्ज सप्रेशन रिटर्न को रूट करें, फिर उसके चारों ओर सिग्नल ग्राउंड लगाएं।

पीसीबी लेआउट और आइसोलेशन तकनीकें

क्रीपेज, क्लीयरेंस और स्लॉटिंग

दो चालकों के बीच की सतह पर बनने वाला क्रीपेज पथ कहलाता है। क्लीयरेंस हवा में सीधी रेखा में बनने वाला अंतर है। यदि दूरी बहुत कम हो तो क्षणिक वोल्टेज दोनों में से किसी एक के आर-पार जा सकता है। उच्च-वोल्टेज पैड के बीच एक स्लॉट काटने से सतह पथ लंबा हो जाता है। पैड के बीच 1 मिमी चौड़ा स्लॉट सतह पथ की लंबाई को लगभग दोगुना कर सकता है। इससे ट्रैकिंग या आर्क होने की संभावना काफी कम हो जाती है। 2 मिमी चौड़ा स्लॉट बोर्ड का आकार बढ़ाए बिना क्रीपेज पथ में कई मिलीमीटर की वृद्धि करता है।

जब बोर्ड का आकार अधिक होने के कारण क्रीपेज दूरी बनाए रखना मुश्किल हो, तो स्लॉट और भौतिक अवरोधों का उपयोग करें। एक कॉम्पैक्ट 800V कनवर्टर 1 मिमी स्लॉट और एक अच्छे इन्सुलेटिंग पदार्थ के साथ अपनी दूरी को पूरा कर सकता है। 1200V (प्रदूषण डिग्री 2, IPC-2221, ग्रुप II सामग्री) पर चलने वाला एक औद्योगिक मोटर नियंत्रक छोटे बोर्ड पर काम करने के लिए स्लॉट और कन्फॉर्मल कोटिंग का उपयोग करता है। तेज ट्रेस मोड़ों और किनारों से बचें, क्योंकि वे विद्युत क्षेत्र को संकुचित करते हैं। बहुत उच्च वोल्टेज वाले ट्रेस को आंतरिक परतों से दूर रखें। तेज किनारे वाला कोई भी धातु पैटर्न इन्सुलेटर के पार क्षेत्र को बढ़ा सकता है और फ्लैशओवर का कारण बन सकता है।

कॉमन मोड चोक, वाई कैपेसिटर और आइसोलेशन बैरियर

कॉमन मोड चोक दो या दो से अधिक पावर लाइनों में मौजूद कॉमन नॉइज़ को ब्लॉक करता है। इसकी विपरीत वाइंडिंग डिफरेंशियल करंट को कैंसिल कर देती हैं और कॉमन-मोड नॉइज़ के लिए हाई इम्पीडेंस दिखाती हैं। इसे मेन इनपुट के पास लगाएं और X और Y कैपेसिटर तथा सर्ज प्रोटेक्शन स्टेज के साथ समन्वय स्थापित करें। Y कैपेसिटर कॉमन-मोड नॉइज़ को अर्थ में शंट करते हैं। X कैपेसिटर लाइन और न्यूट्रल के बीच डिफरेंशियल-मोड नॉइज़ को फ़िल्टर करते हैं। ट्रांजिएंट-वोल्टेज-सप्रेशन डायोड और अन्य सर्ज प्रोटेक्टिव डिवाइसों के साथ मिलकर, ये पार्ट्स सर्ज सप्रेशन और हाई फ़्रीक्वेंसी फ़िल्टर बनाते हैं जो बचे हुए ट्रांजिएंट वोल्टेज को IC से दूर रखते हैं।

फेराइट चोक संतृप्त हो जाता है। उच्च-ऊर्जा कॉमन-मोड सर्ज कोर को संतृप्त कर सकता है और सीधे उससे गुजर सकता है। चोक के अतिरिक्त अलग से सर्ज सुरक्षा डिज़ाइन करें, और चोक को कभी भी सर्ज सप्रेसर के रूप में उपयोग न करें। Y कैपेसिटर का आकार IEC 60384-14 के तहत उनकी क्लास रेटिंग के अनुसार निर्धारित करें, और सुनिश्चित करें कि यह भाग आपके लक्षित पीक वोल्टेज को सहन कर सकता है।

DFM इन सभी को आकार देता है। फैब्रिकेशन नियमों के अनुसार कॉपर आउटलाइन से लगभग 0.3–0.4 mm बाहर रहता है, फिर भी रिसाव किनारे से होते हुए चेसिस तक पहुँच जाता है। आइसोलेशन स्लॉट पर प्लेटिंग नहीं की जा सकती, और रूटिंग के लिए लगभग 1.0–1.5 mm की आवश्यकता होती है, इसलिए विद्युत पथ को स्लॉट के सिरों से साफ रखना आवश्यक है। आइसोलेशन ज़ोन में फ्लक्स और सोल्डर बॉल्स स्थापित प्रदूषण के रूप में कार्य करते हैं। उस बेल्ट को पार्ट्स, वाया, सिल्क और टेस्टपॉइंट्स के लिए कीपआउट बेल्ट के रूप में मानें। कोटिंग की धारणा पर CAD में रिसाव को कम न करें जब तक कि आप इसे निर्दिष्ट और निरीक्षण न कर लें।

बाधा क्षेत्र	विनिर्माण ट्रेड-ऑफ
बोर्ड किनारे का रिसाव	कॉपर पुलबैक किनारे से होते हुए चेसिस तक एक रास्ता छोड़ देता है।
अलगाव स्लॉट	प्लेटिंग नहीं की जा सकती; रूटिंग की चौड़ाई के कारण पथ को स्लॉट के सिरों के चारों ओर से गुजरना पड़ता है
अवरोध के साथ मार्ग	संकीर्ण मास्क डैम सतह पर पैड से पैड तक सिलाई करते हैं
असेंबली अवशेष	आइसोलेशन ज़ोन में फ्लक्स और सोल्डर बॉल प्रदूषण का काम करते हैं।
कॉन्फ़ॉर्मल कोटिंग	प्रदूषण स्तर को तभी कम करता है जब निर्दिष्ट और निरीक्षण किया गया हो।

कनेक्टर पर थोड़े समय के लिए उच्च वोल्टेज का एक झटका आता है। यह चिप के सबसे कमजोर बिंदु को ढूंढकर उसे तोड़ देता है। चरणबद्ध सुरक्षा उस ऊर्जा को धीमा कर देती है। इसके बाद ग्राउंडिंग और लेआउट यह तय करते हैं कि क्लैंप टिका रहेगा या नहीं। सर्ज प्रोटेक्शन एक संपूर्ण प्रणाली है, न कि केवल एक हिस्सा।

यहां कुछ मुख्य बिंदु फिर से दिए गए हैं। सबसे पहले, अपने सर्ज वातावरण और परीक्षण स्तरों को परिभाषित करें। MOV, GDT और TVS चरणों के बीच प्रतिबाधा जोड़कर उन्हें एक साथ काम करने योग्य बनाएं। सर्ज प्रोटेक्टर के लीड्स को छोटा और सीधा रखें। लेआउट करने से पहले अर्थिंग पथ की योजना बनाएं। क्रीपेज, क्लीयरेंस और DFM सीमाओं के नियमों का पालन करें। प्रत्येक सर्ज सप्रेसर को इस प्रकार लगाएं कि वह करंट को चेसिस ग्राउंड में शंट कर दे।

अगली परियोजना शुरू करने से पहले, अपने मौजूदा सर्ज सप्रेशन, ग्राउंडिंग और लेआउट प्लान की इन विचारों के आधार पर जांच कर लें।

सामान्य प्रश्न

जब सर्ज प्रोटेक्टर ठीक दिख रहा हो तो ट्रांसीवर क्यों फेल हो जाता है?

प्रोटेक्टर शायद बहुत धीरे से क्लैंप हुआ हो या कनेक्टर से बहुत दूर लगा हो। लंबे लीड्स से इंडक्टिव ड्रॉप बढ़ जाता है, जिससे आईसी पर बचा हुआ वोल्टेज अपनी सीमा से ऊपर चला जाता है। पार्ट को दोष देने से पहले लीड की लंबाई और अर्थिंग के लिए रिटर्न पाथ की जांच कर लें।

क्या एक टीवीएस डायोड अकेले ही किसी बोर्ड की सुरक्षा कर सकता है?

नहीं। एक टीवीएस (TVS) तेजी से ऊर्जा को नियंत्रित करता है लेकिन कम ऊर्जा को संभाल पाता है। बिजली का झटका इसकी क्षमता से अधिक होता है। इसके आगे एक जीडीटी (GDT) या एमओवी (MOV) चरण की आवश्यकता होती है, जिसमें चरणों के बीच प्रतिबाधा (इम्पीडेंस) हो ताकि ऊर्जा पूरी श्रृंखला में समान रूप से वितरित हो जाए।

सर्ज प्रोटेक्टर के तार कितने छोटे होने चाहिए?

मुख्य नेटवर्क या अर्थिंग से कनेक्शन 0.5 मीटर से कम दूरी पर, सीधा और कम से कम मोड़ों वाला रखें। अरेस्टर और उपकरण के बीच केबल 10 मीटर से कम दूरी पर रखें। इससे अधिक दूरी होने पर, लोड के करीब एक दूसरा समन्वित प्रोटेक्टर लगाएं।

मुझे चेसिस ग्राउंड को सिग्नल ग्राउंड से कहाँ जोड़ना चाहिए?

उन्हें एक बिंदु पर जोड़ें, फिर उच्च आवृत्ति प्रतिध्वनि के लिए कुछ सौ pF का एक छोटा संधारित्र जोड़ें। इससे सुरक्षा बंधन मजबूत बना रहता है और ग्राउंड लूप बनाए बिना शोर को एक छोटा मार्ग मिलता है।