يحلل هذا المقال الفني بشكل عميق آليات تطبيق ديودات الحماية المؤقتة (TVS) وفلسفة اختيارها في بيئات الإشارات عالية السرعة وواجهات الطاقة والبيئات الصناعية التي تتعرض لموجات صاعقة، كما يغطي أشكال التغليف الشائعة والاتجاهات المستقبلية في التطوير.
I. ESD والاندفاعات الكهربائية: التهديدات الخفية في الأنظمة الرقمية
في الإلكترونيات الرقمية عالية السرعة وأنظمة إدارة الطاقة، تُعد التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) والجهود الاندفاعية المؤقتة الناتجة عن البرق أو التبديل الحثي أو تشويه خطوط الطاقة تهديدات كبيرة غالبًا ما تُهمل. خاصة في الواجهات مثل USB وHDMI وCAN وEthernet، يمكن أن تؤدي قفزات الجهد التي تستمر لجزء من الثانية إلى إتلاف منافذ الإدخال/الإخراج بشكل لا يمكن إصلاحه أو تعطيل وحدة التحكم الرئيسية أو إحداث إعادة تشغيل غير متوقعة للنظام.
ثنائيات كبت الجهد المؤقت (TVS)، المصممة للحد من ESD والاندفاعات الكهربائية، توفر زمن استجابة يقل عن النانوثانية (<1ns)، وفولتية كبت منخفضة وقدرة عالية على امتصاص الطاقة المؤقتة، مما يجعلها عنصرًا ضروريًا في تصميم واجهات قوية.
II. مبدأ التشغيل ونموذج السلوك لثنائيات TVS
تعمل ثنائيات TVS على مبدأ الانهيار والقمع. عندما يتجاوز الجهد المدخل الحد الأدنى للانهيار (V BR )، يدخل الثنائي وضع التوصيل ذي الممانعة المنخفضة، ويعيد توجيه تيار العرض إلى الأرضية في حين يحافظ على الجهد عند مستوى آمن (V المشبك ).
يمكن نمذجة ثنائي TVS كمكثف متصل على التوازي مع مكون مشابه للثنائي الزينري، مما يوفر استجابة فائقة السرعة ويتحمل تيارات ذروة عالية (I بي بي بمئات الأمبير).
III. التطبيقات النموذجية واعتبارات تصميم الدوائر
ل_LINES البيانات عالية السرعة، يجب أن تحتوي ثنائيات TVS على سعة مفرق منخفضة للغاية (C ج <1pF) لتجنب تدهور الإشارة. من الضروري اختيار نماذج TVS ذات سعة منخفضة ووضعها بالقرب من الموصلات.
في مراحل الإدخال المستمر—مثلاً في وحدات التحكم القابلة للبرمجة الصناعية (PLCs)، أو وحدات التحكم الإلكترونية في السيارات (ECUs)، أو وحدات التحكم في سرعة الطائرات المُسيَّرة (ESCs)—تعمل ثنائيات TVS كمُمَتصَّات للصواعق متصلة على التوازي مع خط الإدخال، ويمكنها قمع النبضات التي تتوافق مع معايير ISO 7637 أو IEC 61000.
عند إيقاف الأحمال الحثية مثل المحركات أو الريلاي أو الملفات، تمتص ديودات TVS الجهد العكسي العالي الناتج، مما يحمي ترانزستورات التبديل (MOSFET/IGBT) من التفريغ الانهياري.
IV. معايير الاختيار الرئيسية وخيارات التغليف
| المعلمات | القيمة/المدى الموصى به |
| الخامس RWM (الجهد الأقصى للتشغيل) | يجب أن يكون أعلى بنسبة 10–20% من جهد التشغيل العادي |
| الخامس BR (جهد الانهيار) | يجب أن يكون أقل من جهد تحمل الجهاز المستهدف للحماية |
| الخامس المشبك (جهد الحبس) | كلما كان أقل كان ذلك أفضل لتجنب الصدمة الناتجة عن الجهد الزائد |
| أنا بي بي (التيار النبضي الأقصى) | وفقاً لاختبار قياسي (مثل 8/20μs) |
| ج ج (سعة الوصلة) | توصية للإشارات عالية السرعة <1pF |
| نوع التغليف |
SOD-323، SOT-23، SMA، SMB، إلخ |
VI. الاتجاهات المستقبلية وخارطة الطريق للتكامل
التعبئة على شكل مصفوفة: مصفوفات TVS متعددة القنوات لمنافذ USB/HDMI لحماية مدمجة؛
الأجهزة ثنائية الاتجاه: مناسبة للإشارات المتناوبة أو منافذ الاتصال ثنائية الاتجاه؛
التكامل المُدمج: مُضمنة داخل وحدات IC لتوفير مساحة على لوحة الدوائر المطبوعة؛
وحدات TVS عالية القدرة: وحدات صناعية لحماية من زيادة الجهد في خزائن الطاقة أو أنظمة السكك الحديدية.
الدايودات TVS | حماية من زيادة الجهد الكهروستاتيكي | حماية من زيادة الجهد لواجهات عالية السرعة
EN
