Dieser Artikel analysiert die Anwendungen von TVS-Dioden zur Überspannungsdämpfung in industrieller Steuerungstechnik, einschließlich praktischer Beispiele und technischer Auswahlempfehlungen. Geeignet für internationale Einkäufer und Fachleute im Bereich EMC-Design.
I. Was ist eine TVS-Diode und welches Problem löst sie?
Eine TVS-Diode (Transient Voltage Suppression Diode) ist ein Schutzbauelement, das gegen transiente Überspannungen schützt. Wenn ein System einen plötzlichen Hochspannungsstoß erfährt, beispielsweise durch Blitzschlag, Netzumschaltung, elektrostatische Entladung (ESD) oder plötzliche Laständerungen, leitet die TVS-Diode innerhalb von Nanosekunden und begrenzt die Überspannung auf ein sicheres Niveau. Dadurch werden empfindliche Schaltkreiskomponenten wie MCUs, CAN-Controller und RS485-Kommunikationschips vor Beschädigung geschützt.
II. Typische Anwendungen in Systemen der industriellen Automatisierung
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Anwendungssystem |
Zu schützende Komponenten |
Installationsort |
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PLC programmierbarer Controller |
Digitale I/O-Schnittstelle, Kommunikationsanschlüsse |
Eingangs- und Ausgangsschnittstelle, RS485-Kanal |
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Wechselrichter und Motorantrieb |
Stromversorgung und Motor-Rückmeldesignal steuern |
DC-Ein-/Ausgang, Analogsignal |
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Robotik- und Automatisierungszellen |
Sensor/Encoder-Schaltung |
Anschlussklemmen, Stromschienen |
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Industrial Internet of Things (IIoT) Gateway |
Ethernet/USB/UART-Kommunikationsschnittstelle |
Netzwerk/Serieller Anschluss-Schutzbereich |
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Sicherheitsüberwachungssystem |
Kamera-Stromversorgung und Signalkette |
DC-Stecker, PoE-Stromanschluss |
TVS-Dioden sind kompakt, schnell und in einer Vielzahl von Gehäusen erhältlich (wie SMA, SMB, SMC und DO-15), wodurch sie sich für hochdichte Leiterplattenlayouts eignen.
III. Wie wählt man die richtige TVS-Diode aus?
Während der Konstruktion sollten folgende technische Parameter berücksichtigt werden:
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Parametername |
Bedeutung und Empfehlungen |
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V RWM |
Maximale Betriebsspannung, muss ≥ Systembetriebsspannung sein |
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V BR |
Durchbruchspannung, die minimale Spannung, die die Leitung auslöst |
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V Klemme |
Klemmspannung, tatsächliche Obergrenze des Überspannungsschutzes |
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I PP |
Spitzenstoßstrombelastbarkeit, je höher die Stoßstrombelastbarkeit, desto besser die Schlagfestigkeit. |
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C J |
Sperrschichtkapazität, die besonders bei Kommunikationsschnittstellen wichtig ist |
Zum Beispiel wird für eine industrielle RS485-Kommunikationsschnittstelle eine TVS-Diode mit geringer Kapazität mit einer V RWM von 5 V und einer V Klemme von ≤ 12 V empfohlen.
IV. Anwendungsbeispiel: Lösung des Überspannungsproblems bei einem europäischen Kundenrelais
Ende 2024 unterstützten wir einen deutschen Hersteller von Industrieautomatisierungsanlagen bei der Behebung eines häufigen Schadens an Mikrocontroller-Einheiten (MCU) in ihren SPS-Steuermodulen. Die Analyse ergab, dass die beim Abschalten des Relais entstehende hohe Rückwärtsspannung (>60 V) über die Leiterplatte auf den Hauptsteuerchip einwirkte.
Durch die Auswahl einer bidirektionalen TVS-Diode des Typs SMCJ40CA, die zwischen der Relaisansteuerung und den MCU-Steuerleitungen platziert wurde, konnte der Spannungsstoß erfolgreich unterdrückt werden. Nach 24-stündigem Dauerbetrieb trat das Problem nicht erneut auf.
TVS-Dioden | Überspannungsschutz für Industrieanwendungen | Automatisierungsschutzgeräte | ESD-Unterdrückungschips | Sofort lieferbar
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