تطبيق دايودات TVS في حماية زيادة التيار لواجهات إيثرنت الصناعية

خلفية التطبيق

مع زيادة الاعتماد على أنظمة الأتمتة الصناعية على شبكات اتصالات عالية السرعة، أصبحت بروتوكولات إيثرنت مثل EtherCAT وPROFINET وModbus TCP معيارًا في وحدات التحكم القابلة للبرمجة (PLCs) ومحركات المؤازرة (servo drives) والبوابات الصناعية (industrial gateways) والوحدات الطرفية البعيدة (remote I/O units). غالبًا ما يتم نشر هذه الواجهات في بيئات كهربائية مليئة بالضوضاء، حيث تمثل تيارات الصواعق وال_TRANSIENTS الناتجة عن تشغيل الحث الكهربائي والتخلص من الشحنات الكهروستاتيكية (ESD) أثناء التعامل مع الكابلات تهديدات جادة لموثوقيتها. وتُستخدم على نطاق واسع ديودات TVS (قمع الجهد العابر) لحماية واجهات إيثرنت نظرًا لسرعتها الفائقة في الاستجابة وقدرتها العالية على امتصاص الطاقة.

مبدأ العمل والفوائد

عادةً ما يتم توصيل ديود TVS بين خطوط الإشارة والأرضي. عندما يحدث ارتفاع عابر في الجهد، يتحول الدايود إلى وضع المقاومة المنخفضة خلال نانوثانية، مما يثبّت الجهد ويحول الطاقة الزائدة بعيدًا عن المكونات الحساسة الموجودة في الأسفل مثل رقاقات PHY الخاصة بإيثرنت أو الدوائر المتكاملة System on Chip (SoCs).

تشمل الفوائد الرئيسية:

وقت استجابة أقل من نانوثانية

عبوات مدمجة مناسبة للتركيب داخل RJ45 أو المحولات (magnetics)

تحافظ النماذج ذات السعة المنخفضة على سلامة الإشارة في الأزواج التفاضلية

الامتثال للمعايير IEC61000-4-2 وIEC61000-4-5

إرشادات التصميم

ملاحظات التصميم:

استخدام مصفوفات TVS ذات السعة المكثفة للغاية المنخفضة (<1pF) على الأزواج التفاضلية لتجنب تشويه الإشارة

اختيار مصفوفات TVS عالية الطاقة للدبابيس الكهربائية (PoE، 48V)، مع تصنيفات تيار طفرة >30A

توضع أجهزة TVS بالقرب من منفذ RJ45 لتقليل الحث الزائد

حالة الاستخدام

بوابة صناعية تدعم حماية TVS المتكاملة لمنفذ RJ45 لكل من EtherCAT وModbus TCP. تم حماية خطين تفاضليين باستخدام مصفوفات TVS ذات سعة مكثفة منخفضة، كما تم استخدام أجهزة TVS عالية الطاقة للدبابيس الكهربائية PoE. وقد نجحت الوحدة في اختبارات ESD ±15kV وEFT ±2kV، وتم نشرها بنجاح في المصانع الذكية.

خاتمة

تُعدّ ديودات TVS ضرورية لحماية واجهات إيثرنت الصناعية ضد التيارات الزائدة والتفريغ الكهروستاتيكي (ESD). فهي تتيح الامتثال للمعايير الكهرومغناطيسية (EMC) وتعزز متانة معدات الاتصالات الحيوية. ومع تصاعد سرعة الشبكات واختصارها، ستظل حماية TVS عنصراً أساسياً في التصميم.

حماية من زيادة الجهد TVS | حماية الاتصالات الصناعية | حماية RJ45 | مكونات مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي EMC | أجهزة كبت ESD