Die TVS-Diode (Transient Voltage Suppression) ist ein hochgeschwindigkeitsbauelement zur Schaltungsschutz, das elektronische Komponenten vor Überspannung, elektrostatischer Entladung und Stromüberlastungen schützt. Sie wird weitverbreitet in USB-, HDMI- und industriellen Spannungssystemen eingesetzt, um einen effektiven Spannungsbegrenzungsschutz zu bieten.
Eine TVS-Diode (Transient Voltage Suppressor) ist ein hochgeschwindiger Überspannungsschutzkomponente. Sie schützt empfindliche elektronische Schaltungen vor transienten Spannungsspitzen, die durch elektrostatische Entladungen (ESD), Blitzüberstromungen und Schalttransienten verursacht werden. TVS-Dioden basieren auf Lawinenzerbruchmechanismen und reagieren in weniger als 1 Nanosekunde, um überschüssige Spannungen auf ein sicheres Niveau zu begrenzen.
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Englischer Begriff |
Definition |
Technische Notizen |
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Umkehr-Standby-Spannung (VR) |
Maximale Spannung, die der TVS-Diode in einem nicht leitenden Zustand standhalten kann. |
Sollte 10–15 % höher als die Systemspannung sein, um falsches Auslösen zu verhindern. |
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Durchbruchsspannung (VBR) |
Spannung, bei der der Dioden beginnt, unter dem Teststrom (z. B. 1mA) zu leiten. |
Sollte VR überschreiten, aber unterhalb der maximalen Spannungstoleranz des geschützten Geräts liegen. |
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Klemmspannung (VC) |
Maximale Spannung an der Diode beim Spitzenimpulsstrom. |
Muss unterhalb der Prüfspannung der geschützten Komponenten liegen. |
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Spitzenimpulsstrom (IPP) |
Maximaler Überschlagsstrom, den der Dioden während eines transienten Ereignisses verarbeiten kann. |
Auswahl basierend auf Überschlagsannahmen mit einem Sicherheitspuffer von 1,5–2x. |
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Spitzenimpulsgleichrichterleistung (PPP) |
Maximale Energie, die der Dioden in einem spezifischen Impuls (z. B. 10/1000μs) absorbieren kann. |
Eine höhere Leistung wird in der Industrie oder in Umgebungen mit starken Spannungsschüben bevorzugt. |
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Rücklaufstrom (IR) |
Geringer Rückstrom bei VR-Spannung. |
Ein niedrigerer IR ist für Niedrigleistungs- oder Präzisionssysteme besser. |
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Knotenkondensator (Cj) |
Kapazität aufgrund der internen PN-Kopplung des Dioden. |
Niedrige Kapazität (<5pF) ist entscheidend für Hochgeschwindigkeitsignal-leitungen wie USB, HDMI. |
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Reaktionszeit |
Zeit vom Überspannungserkennung bis zur Leitung; typischerweise <1ns. |
Schlüsselvorteil von TVS im Vergleich zu MOV/GDT in ESD/Hochgeschwindigkeitsumgebungen. |
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Verpackungsart |
Physische Formate wie SMA, SMB, SMC. |
Beeinflusst die Abschirmung und den Surge-Bewertung; z. B. SMB für 600–1500W, SOD323 für Mikroschaltungen. |
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Verpackung |
Spitzenleistung (P_PP) |
Typische Anwendungen |
Systemspannung |
VR |
VBR |
Vc |
Beispielmodelle |
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SMA |
400W |
USB/HDMI/RS232 Ports, MCU Eingang/Ausgang, kleine Geräte |
5V/ |
5.5V/ |
6.2–7.5V/ |
10–18V |
SMBJ6.5CA,SMAJ12CA |
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SMB |
600W |
Stromeingang, LED-Treiber, Messtechnik |
12 V/ |
13–26V |
16–28V |
24–40V |
SMBJ24A,SMBJ33A |
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SMC |
1500W |
Industrielle Steuerung, Telekombasestationen, AC-Hauptraster |
24V–48V/ |
26–56V |
30–60V |
38–80V |
SMCJ36A,SMCJ58A,SMCJ70A |
Richtlinien für die Parameterangleichung
• VR (Umkehrblockierspannung): Sollte leicht höher als die tatsächliche Systemspannung sein (typischerweise ×1,1~1,2).
• VBR (Breakdown Spannung): Sollte zwischen Systemtoleranz und Schwellwert der Dämpfung liegen.
• VC (Dämpfungsspannung): Muss unter der maximal zulässigen Spannung der geschützten Komponenten liegen.
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Anwendung |
Empfohlenes Paket |
Modell |
Typische Parameter |
Funktionen |
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USB 5V-Schnittstelle |
SMA |
SMAJ6.0CA |
VR = 5,5V VBR = 6,4V VC ≈ 10V |
Schnelle Reaktion, geringe Kapazität für Datenleitungen |
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24V Stromeingang |
SMB |
SMBJ24A |
VR = 24V VBR = 26,7V VC ≈ 38,9V |
Mittlerer Spannungsbereich, geeignet für Gleichstrom-Eingangsschübe |
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Industrielle AC 220V |
SMC |
SMCJ70A |
VR = 70V VBR ≈ 78V VC ≈ 113V |
Hohe Energiekapazität, ideal für den Schutz von Netzdrehstrom und Relais |
1. Überspannungsschutz: Schnelles Einsperren von Spannungsspitzen (z. B. Blitzschlag, Schaltübergänge), um nachgelagerte Geräte zu schützen.
2. ESD-Schutz: Ultrschnelle Reaktion auf elektrostatische Entladungen an empfindlichen Anschlüssen wie USB, HDMI, LAN, RS-485.
3. Stoßfestigkeit: Absorbiert hohe transientele Ströme von Stromstoßen in der Automatisierung, Stromnetzen oder Sicherheitssystemen.
4. Signalintegrität: Hält die Datenintegrität in Hochgeschwindigkeitsleitungen bei gleichzeitiger Bereitstellung effektiver Spannungsschutz.
TVS-Dioden sind kostengünstige, schnell reagierende Bauelemente, die für den Schutz von Schaltungen unerlässlich sind. Mit richtiger Parameterauswahl und anwendungsbezogener Konfiguration erhöhen sie erheblich die Systemzuverlässigkeit unter transienten und elektromagnetischen Störbedingungen.
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