کاربرد دیودهای TVS در حفاظت از ولتاژ گذرا برای رابط‌های اترنت صنعتی

زمینه کاربردی

با اینکه سیستم‌های خودکار صنعتی به طور فزاینده‌ای به ارتباطات با سرعت بالا متکی هستند، پروتکل‌های اترنت مانند EtherCAT، PROFINET و Modbus TCP در PLCها، درایوهای سروو، دروازه‌های صنعتی و واحدهای I/O راه دور به یک استاندارد تبدیل شده‌اند. این رابط‌ها اغلب در محیط‌های پرسر و صدا الکتریکی به کار گرفته می‌شوند، جایی که ولتاژهای ناشی از صاعقه، گذرهای ناگهانی القایی و ESD حاصل از دست زدن به کابل‌ها تهدیدهای جدی برای قابلیت اطمینان محسوب می‌شوند. دیودهای TVS (Suppression Voltage Transient) به طور گسترده‌ای به منظور حفاظت از رابط‌های اترنت استفاده می‌شوند، چرا که پاسخ بسیار سریع و قابلیت جذب انرژی قوی دارند.

اصل کار و مزایا

یک دیود TVS معمولاً بین خطوط سیگنال و زمین متصل می‌شود. وقتی ضربه ناگهانی رخ می‌دهد، دیود در عرض چند نانوثانیه به حالت امپدانس پایین سوئیچ می‌کند، ولتاژ را محدود می‌کند و انرژی اضافی را از مسیر قطعات حساس پایین دستی مانند PHYهای اترنت یا SoCها منحرف می‌کند.

نقاط قوت شامل:

زمان واکنش زیر نانوثانیه

بسته‌های کوچک مناسب برای ادغام در داخل RJ45 یا ترانسفورماتورها

مدل‌های با ظرفیت پایین، یکپارچگی سیگنال را در جفت‌های دیفرانسیلی حفظ می‌کنند

هماهنگی با استانداردهای IEC61000-4-2 و IEC61000-4-5

راهنمای طراحی

یادداشت‌های طراحی:

استفاده از آرایه‌های TVS با ظرفیت خازنی بسیار پایین (<1pF) روی جفت‌های دیفرانسیلی به منظور جلوگیری از اعوجاج سیگنال

انتخاب TVS با انرژی بالا برای پین‌های برق (PoE، 48V)، با رتبه ولتاژی سریع‌السیر >30A

قرار دادن دستگاه‌های TVS در نزدیکی RJ45 به منظور کمینه کردن القای سلفی ناخواسته

مورد استفاده

یک دروازه صنعتی که از EtherCAT و Modbus TCP پشتیبانی می‌کند و حفاظت TVS ادغام‌شده برای هر پورت RJ45 را فراهم می‌کند. دو خط دیفرانسیلی با استفاده از آرایه‌های TVS با ظرفیت خازنی پایین محافظت شدند و پین‌های برق PoE با دستگاه‌های TVS با انرژی بالا حفاظت شدند. این دستگاه موفق به گذراندن تست‌های ESD با ولتاژ ±15kV و EFT با ولتاژ ±2kV شد و به‌خوبی در کارخانه‌های هوشمند به کار گرفته شد.

نتیجه گیری

دیودهای TVS در حفاظت از رابط‌های اترنت صنعتی در برابر ولتاژهای ناگهانی و الکتریسیته ساکن (ESD) ضروری هستند. این قطعات به رعایت استانداردهای EMC کمک می‌کنند و دوام تجهیزات ارتباطی مهم را افزایش می‌دهند. با اینکه شبکه‌ها روز به روز سریع‌تر و فشرده‌تر می‌شوند، حفاظت با استفاده از TVS یک عامل کلیدی در طراحی خواهد ماند.

حفاظت از ولتاژ ناگهانی TVS | حفاظت ارتباطات صنعتی | حفاظت RJ45 | قطعات ضد تداخل EMC | دستگاه‌های جذب الکتریسیته ساکن