Tento technický článek podrobně analyzuje aplikační mechanismy a logiku výběru TVS diod v prostředí vysokorychlostních signálů, napájecích rozhraní a průmyslových přepěťových podmínek, včetně typických pouzder a budoucích vývojových trendů.
I. ESD a přepětí: Neviditelná nebezpečí v digitálních systémech
Vysokorychlostní digitální elektronika a systémy pro řízení napájení, elektrostatický výboj (ESD) a přechodné napěťové špičky způsobené bleskem, indukčním spínáním nebo poruchami napájecích vedení představují významná, často opomíjená nebezpečí. Obzvláště u rozhraní jako USB, HDMI, CAN a Ethernet mohou milisekundové napěťové špičky trvale poškodit vstupní/výstupní porty, způsobit pád hlavního řadiče nebo neočekávané restartování systému.
Dioda TVS (Transient Voltage Suppression) jsou navrženy pro potlačení ESD a přepětí, nabízejí odezvu pod nanosekundu (<1ns), nízké udržovací napětí a vysokou absorpci přechodné energie, což je činí nepostradatelnými při návrhu odolných rozhraní.
II. Princip činnosti a chování TVS diod
TVS diody pracují na principu průrazu a omezení napětí. Jakmile vstupní napětí překročí prahovou hodnotu průrazu (V BR ), dioda přejde do režimu vodivosti s nízkou impedancí, přesměruje přechodný proud do země a omezí napětí na bezpečné úrovni (V Svorka ).
TVS diodu lze modelovat jako kondenzátor zapojený paralelně s komponentou podobnou Zenerově diodě, která poskytuje ultra-rychlou odezvu a odolává vysokým špičkovým impulsním proudům (I PP v desítkách ampér).
III. Typické aplikace a návrhové zásady pro obvody
Pro vysokorychlostní datové linky musí mít TVS diody extrémně nízkou přechodnou kapacitu (C J <1pF), aby nedocházelo ke zkreslení signálu. Je důležité volit modely TVS s nízkou kapacitou a umisťovat je co nejblíže konektorům.
Na vstupech stejnosměrného napětí – například v průmyslových PLC, automobilových řídicích jednotkách (ECU) nebo ESC pro drony – působí TVS diody jako absorbéry přepětí zapojené paralelně ke vstupnímu napájení a jsou schopné omezit impulzy v souladu s normami ISO 7637 nebo IEC 61000.
Při vypínání induktivních zátěží, jako jsou motory, relé nebo cívky, absorbují TVS diody vysoké zpětné napětí, čímž chrání spínací tranzistory (MOSFET/IGBT) před lavinovým průrazem.
IV. Klíčové parametry výběru a možnosti pouzdra
| Parametr | Doporučená hodnota/rozsah |
| V RWM (maximální provozní napětí) | Mělo by být 10–20 % vyšší než normální provozní napětí |
| V BR (průrazné napětí) | Mělo by být nižší než odolnost cílového ochranného prvku proti napětí |
| V Svorka (svorkové napětí) | Čím nižší, tím lépe, aby se předešlo přepěťovému šoku |
| Já PP (maximální impulzní proud) | Podle standardního testu (např. 8/20μs) |
| C J (kapacita přechodu) | Doporučení pro vysokorychlostní signály <1pF |
| Typ balení |
SOD-323, SOT-23, SMA, SMB, atd. |
VI. Budoucí trendy a plán integrace
Pouzdrovaní pole: Vícekanálové USB/HDMI TVS pole pro kompaktní ochranu;
Obousměrná zařízení: U vhodných AC signálů nebo obousměrných komunikačních portech;
Vestavěná integrace: Integrována uvnitř pouzder IC pro úsporu místa na desce plošných spojů;
Moduly TVS s vysokým výkonem: Moduly průmyslového provedení pro ochranu před přepětím v rozvaděčích nebo železničních systémech.
TVS diody | Ochrana před elektrostatickým výbojem | Ochrana rozhraní s vysokou rychlostí proti ESD
EN
