Erfahren Sie, wie TVS-Dioden industrielle RJ45-, PoE- und CAN-Schnittstellen vor Überspannungen und ESD-Einflüssen schützen und so die Stabilität des Kommunikationssystems sowie die EMV-Festigkeit verbessern.
Anwendungshintergrund
Da immer mehr Industrieautomatisierungssysteme auf Hochgeschwindigkeitskommunikation angewiesen sind, haben sich Ethernet-Protokolle wie EtherCAT, PROFINET und Modbus TCP als Standard in PLCs, Servoregler, industriellen Gateways und Remote-I/O-Einheiten etabliert. Diese Schnittstellen werden häufig in elektrisch gestörten Umgebungen eingesetzt, in denen Überspannungen durch Blitzeinschläge, induktive Schalttransienten und ESD durch Kabelhandhabung ernsthafte Bedrohungen für die Zuverlässigkeit darstellen. TVS-Dioden (Transient Voltage Suppression) werden weit verbichtet eingesetzt, um Ethernet-Schnittstellen zu schützen, da sie über eine extrem schnelle Reaktionszeit und leistungsfähige Energiedissipation verfügen.
Funktionsweise & Vorteile
Eine TVS-Diode ist üblicherweise zwischen Signalleitungen und Masse angeschlossen. Wenn ein transienter Spannungsimpuls auftritt, wechselt die Diode innerhalb von Nanosekunden in den Niedrigimpedanzmodus, begrenzt die Spannung und leitet die überschüssige Energie von empfindlichen nachgeschalteten Komponenten wie Ethernet-PHYs oder SoCs weg.
Hauptvorteile umfassen:
Reaktionszeit im Subnanosekundenbereich
Kompakte Gehäuse, geeignet für die Integration innerhalb von RJ45-Steckverbindern oder Magnetics
Modelle mit geringer Kapazität gewährleisten die Signalintegrität auf Differenzpaaren
Konformität mit den IEC61000-4-2 und IEC61000-4-5-Standards
Entwurfsrichtlinien
Hinweise zur Schaltungsentwicklung:
Verwenden Sie TVS-Diodenarrays mit äußerst geringer Kapazität (<1pF) an Differenzpaaren, um Signalverzerrungen zu vermeiden
Wählen Sie für Versorgungspins (PoE, 48V) leistungsstarke TVS-Dioden mit Ableitströmen >30A
Platzieren Sie die TVS-Bauelemente möglichst nahe am RJ45-Anschluss, um parasitäre Induktivitäten zu minimieren
Verwendungszweck
Ein Industrie-Gateway mit EtherCAT- und Modbus TCP-Schnittstellen bietet integrierten Schutz durch TVS-Dioden an jedem RJ45-Anschluss. Zwei Differenzpaare wurden mit TVS-Diodenarrays mit geringer Kapazität geschützt, während für die PoE-Versorgungsspins Hochenergie-TVSDioden zum Einsatz kamen. Das Gerät bestand die Tests nach ±15kV ESD und ±2kV EFT und wurde erfolgreich in Smart Factories eingesetzt.
Schlussfolgerung
TVS-Dioden sind unverzichtbar, um industrielle Ethernet-Schnittstellen vor Überspannungen und elektrostatischer Entladung (ESD) zu schützen. Sie ermöglichen die Einhaltung von EMC-Standards und erhöhen die Langlebigkeit von Kommunikationsgeräten für kritische Anwendungen. Mit zunehmender Geschwindigkeit und Miniaturisierung der Netzwerke bleiben TVS-Schutzmaßnahmen ein zentrales Thema im Schaltungsentwurf.
TVS-Spannungsspitzenbegrenzung | Schutz für industrielle Kommunikation | RJ45-Schutz | EMC-Störschutzbauelemente | ESD-Unterdrückungseinrichtungen
EN
