تعرف على كيفية عمل ديودات TVS، وأهميتها في حماية المكونات الإلكترونية الحساسة من النبضات الكهروستاتيكية (ESD)، وكيفية اختيارها وتحسينها لتخطيطات الدوائر المطبوعة (PCB). واستكشف العوامل الرئيسية مثل جهد الانهيار و جهد الحبس والموقع الأمثل لتعزيز الحماية.
للمهندسين، حماية من زيادة الجهد لا تقتصر فقط على اختيار اللوحة الكهربائية الصحيحة أو فصل الكابلات. بل تشمل تركيب مكونات الحماية من التغيرات الكهربائية داخل تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة وتطبيق استراتيجيات تأريض واضحة. دايودات TVS هي مكونات شائعة الاستخدام لحماية أجزاء من لوحة الدوائر المطبوعة، وخاصة في خطوط البيانات. عند استقبال نبضة تفريغ كهروستاتيكي، تقوم بإعادة توجيه التيار بعيدًا عن المكونات المحمية. من الضروري أن يكون تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة مثاليًا لضمان فعالية الحماية من التغيرات الكهربائية ومنع التلف والحفاظ على وظيفة الجهاز بشكل صحيح.
تُستخدم ديود الحماية من التداخلات الجَمَّاعية (TVS) بشكل أساسي لحماية المعدات من الأحداث العابرة، وخاصة التي تنتج عنها نبضات تفريغ كهروستاتيكي (ESD). يخلط الناس أحيانًا بين ديود TVS و ديود زينر أو دايودات شوتكي ، لكنهما مختلفان. يتكون ديود TVS من أشبعة ذات اتصال PN، ويعمل على التوصيل أثناء قمم الجهد العابرة. في الظروف العادية، يبقى في حالة مقاومة عالية مع تيار تسرب ضئيل جدًا. بمجرد تجاوز الجهد العابر حد الانهيار، يحدث انهيار تأليّمي (avalanche breakdown)، مما يسمح بمرور التيار عبر الديود، وبالتالي إعادة توجيه التيار الزائد بعيدًا عن المكونات الحساسة.
يستجيب ديود TVS بسرعة كبيرة، غالبًا في نطاق الـبيكوثانية، مما يجعله فعالًا للغاية في التعامل مع نبضات التفريغ الكهروستاتيكي السريعة ذات أوقات الصعود القصيرة.
تعمل جميع ديودات TVS بشكل مشابه: عندما يحدث ارتفاع مفاجئ في الجهد، فإنه يتجاوز بسرعة جهد انهيار الدايود العكسي، مما يؤدي إلى توصيله. ولكن، ليست جميع ديودات TVS متشابهة، ويمكن أن يؤدي اختيار حماية غير صحيحة إلى حماية غير فعّالة من هذه الارتفاعات المفاجئة. عند اختيار ديود TVS، ضع في الاعتبار المعاملات الرئيسية التالية:
جهد الانهيار العكسي (VB): الجهد الذي يبدأ عنده ديود TVS بالتوصيل.
جهد التثبيت (VC): الجهد الذي يبدأ عنده ديود TVS بالتوصيل بشكل ملحوظ ويحد من الارتفاع المفاجئ. كلما كان جهد التثبيت أقل، كانت الحماية أفضل.
الجهد العكسي العامل (VWM): أقصى جهد تحيز عكسي يمكن أن يتعرض له ديود TVS دون أن يوصل، حيث يبقي مقاومته عالية وتيار التسرب منخفضًا جدًا.
القدرة الذروية النبضية (PPP): الكمية من القدرة التي يمكن لدايود TVS تبديدها بشكل آمن خلال حدث ارتفاع مفاجئ.
مبدأ عمل ديود TVS بسيط: عندما يتلقى الدائرة إشارة تفريغ كهروستاتيكي (ESD)، فإنها تتجاوز بسرعة جهد انهيار الدايود العكسي. والموصلات المكشوفة، مثل تلك المتصلة بالموصلات الخارجية، معرضة للخطر، Esd وقد تتعرض هذه الموصلات لموجات صدمة. وإذا كانت هذه الموصلات تحمل إشارات إلى مكونات، فقد تنقل الموجة الكهروستاتيكية جهدًا/تيارًا عاليًا إلى المكون، مما قد يؤدي إلى تلفه.
وعند وجود ديود TVS، يتم إعادة توجيه الموجة عبر الديود، والذي يوفر مسارًا منخفض الممانعة نحو الأرض. عادةً ما يكون القطب الموجب موصولًا بالأرض، مما يسمح لموجة التفريغ الكهروستاتيكي بالتفريغ نحو مستوى الأرض، بشرط توفر مسار تأريض منخفض الممانعة.
توجد ديودات TVS بنوعين: ثنائية الاتجاه وأحادية الاتجاه، ولكل نوع استخدامات مختلفة:
تُستخدم ثنائيات TVS ثنائية الاتجاه عندما تحمل الدائرة إشارات موجبة وسالبة، كما هو الحال في الأزواج التفاضلية أو الدوائر التناظرية المتذبذبة ثنائية الاتجاه. توفر هذه الثنائيات حماية شاملة من التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)، بما في ذلك أثناء أعطال التأريض.
توفر ثنائيات TVS أحادية الاتجاه الحماية عندما يكون هناك قطب واحد فقط متضمنًا. في حين توفر هذه الثنائيات الحماية للدوائر النموذجية، فقد تتعرض المكونات لبعض الجهد الكهربائي أثناء أعطال التأريض.
بجانب اختيار الثنائية TVS المناسبة، يعتمد فعالية الحماية بشكل كبير على تصميم تخطيط لوحة الدوائر (PCB) نفسه. تساعد الإرشادات التالية في ضمان أداء مثالي للثنائية TVS:
التثبيت: يجب تثبيت ثنائيات TVS بالقرب من الموصلات المكشوفة التي قد تتعرض لأحداث التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)، مثل الموصلات أو خطوط الإشارة المفتوحة. تقليل طول المسار بين ثنائية TVS والموصلات المكشوفة يقلل من الحث الزائد ويحسن وقت الاستجابة.
التوصيل بالأرضي: من الناحية المثالية، يجب توصيل دايودات الحماية المؤقتة (TVS) بمستوى أرضي منفصل عن مستوى الأرضي للمكون المحمي. إذا لم يكن ذلك ممكنًا، قم بتوصيله بالأرضي للشاسيه باستخدام مسارات إلى عناصر معدنية مثل البراغي أو ثقوب التثبيت. يعد مستوى الأرضي ذي الممانعة المنخفضة ضروريًا لتبديد سريع للطاقة العابرة.
إزالة التدريع السلبي: صُمّم بعض المكونات، مثل الموصلات المدرعة، لمنع تداخلات التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) والضوضاء. يجب استخدام هذه المكونات مع دايودات الحماية المؤقتة (TVS) لضمان الحماية الكاملة. يجب توصيل درع الموصل مباشرةً بالأرضي للشاسيه أو المستوى الأرضي للحفاظ على مسار ذي ممانعة منخفضة للتيار العابر.
باتباع هذه الإرشادات، يمكن الاستفادة المثلى من دايودات الحماية المؤقتة (TVS) لحماية الدوائر الكهربائية من زيادة التيار والتفريغ الكهروستاتيكي (ESD) بكفاءة.
حماية ديود TVS | نصائح تخطيط PCB | حماية من زيادة التفريغ الكهروستاتيكي | حماية الجهد العابر | تطبيق ديود TVS | حماية المكونات الإلكترونية | موقع ديود TVS | تصميم حماية من زيادة الجهد | حماية مكونات الدائرة المطبوعة | جهد انهيار ديود TVS
EN
