دیودهای TVS: اصول و کاربردها

دیود TVS (کاهش ولتاژ ترنسیєنت) یک المان حفاظتی مدار با سرعت بالا است که برای حفاظت اجزای الکترونیکی از فشار بیش از حد، آسیاب الکترостاتیک و جریان‌های سرگردان طراحی شده است. این دیود به طور گسترده در سیستم‌های قدرت صنعتی و استانداردهای USB و HDMI برای ارائه حفاظت مؤثر ضد محدود کردن ولتاژ استفاده می‌شود.

۱. چشم‌انداز کلی

دیود TVS (Transient Voltage Suppressor) یک قطعه حفاظت از ولتاژ بیش از حد با سرعت بالا است. این محافظ مدار های الکترونیکی حساس را از افزایش ولتاژ موقت ناشی از تخلیه الکتروستاتیک (ESD) ، برق و انتقال برق محافظت می کند. دیود های TVS بر اساس مکانیسم های تجزیه برف باری هستند و معمولاً در کمتر از 1 نانوسکن رد عمل می کنند تا ولتاژ اضافی را به سطح ایمن وصل کنند.

图片1.png

۲. پارامترهای کلیدی و دستورالعمل های انتخاب

اصطلاح انگلیسی	تعریف	یادداشت های مهندسی
ولتاژ ایستاده معکوس (VR)	بیشترین ولتاژی که دیود TVS می‌تواند در حالت غیرهاجوم تحمل کند.	باید ۱۰–۱۵٪ بیشتر از ولتاژ سیستم باشد تا عبور نامناسب جلوگیری شود.
ولتاژ شکست (VBR)	ولتاژی که در آن دیود تحت جریان آزمایشی (مانند ۱mA) شروع به هاجوم می‌کند.	باید بیشتر از VR باشد اما زیر حداقل تحمل ولتاژ دستگاه محافظت‌شده بماند.
ولتاژ فشاردهی (VC)	بیشترین ولتاژ روی دیود در جریان نخستین پالس.	باید زیر ولتاژ تحمل بخش‌های محافظت‌شده باشد.
جریان پالسی نخستین (IPP)	بیشترین جریان افزوده‌ای که دیود می‌تواند در حین یک رویداد موقت مدیریت کند.	بر اساس انتظارات جریان ناگهانی انتخاب کنید با حاشیه ایمنی ۱٫۵ تا ۲ برابر.
توان پالسی قله‌ای (PPP)	بیشترین انرژی قابل قبول دیود در یک پالس مشخص (مثلاً ۱۰/۱۰۰۰μs).	در محیط‌های صنعتی یا جایی که جریان ناگهانی قوی است، توان بالاتر ترجیح داده می‌شود.
جریان فیلتر شده معکوس (IR)	جریان رشح کوچک در ولتاژ VR.	IR پایین‌تر برای سیستم‌های با توان کم یا دقیق بهتر است.
ظرفیت مفصل (Cj)	ظرفیت ناشی از مفصل داخلی PN دیود.	ظرفیت پایین (<5pF) برای خطوط سیگنال سریع مثل USB و HDMI ضروری است.
زمان پاسخ	زمان از تشخیص ولتاژ بیش از حد تا رسانایی؛ معمولاً <1ns.	مزیت اصلی TVS نسبت به MOV/GDT در محیط‌های ESD/سرعت بالا.
نوع بسته‌بندی	فرمت‌های فیزیکی مانند SMA، SMB، SMC.	تأثیر بر دیسیپیشن و رتبه تورم؛ مثلاً، SMB برای 600–1500W، SOD323 برای مدارهای میکرو.

3. جدول مقایسه و انتخاب بسته‌بندی

بسته	توان پیک (P_PP)	کاربردهای معمول	ولتاژ سیستم	واقعیت مجازی	VBR	VC	نمونه مدل‌ها
SMA	400w	پورت‌های USB/HDMI/RS232، ورودی/خروجی MCU، تجهیزات خانگی کوچک	5V/ 12ولت	5.5 ولت 13V	۶٫۲۷٫۵ ولت 1416 ولت	1018 ولت	SMBJ6.5CA،SMAJ12CA
SMB	600 ولت	ورودی قدرت، موتورهای LED، ابزار اندازه‌گیری	12V/ 24V	13–26V	16–28V	24–40V	SMBJ24A,SMBJ33A
SMC	1500W	کنترل صنعتی، ایستگاه‌های پایه تلکوم، شبکه برق沟通	24V–48V/ AC 220V	26–56V	30–60V	38–80V	SMCJ36A،SMCJ58A،SMCJ70A

دستورالعمل تطابق پارامتر

• VR (انژکتور ولتاژ ایستاده معکوس): باید کمی بالاتر از ولتاژ سیستم واقعی باشد (معمولا × 1.1 ~ 1.2).
• VBR (توانگی وقفه): باید بین تحمل سیستم و آستانه ی فشرده سازی باقی بماند.
• VC ( ولتاژ قفل): باید کمتر از ولتاژ حداکثر مجاز اجزای محافظت شده باشد.

۴. مثال‌های کاربرد عملی

درخواست	بسته توصیه شده	مدل	پارامترهای معمول	ویژگی‌ها
اسکوئر ۵وی الیاف	SMA	SMAJ6.0CA	VR = 5.5V VBR = 6.4V VC ≈ 10V	پاسخ سریع، ظرفیت کم برای خطوط داده
ورودی توان 24V	SMB	SMBJ24A	VR = 24V VBR = 26.7V VC ≈ 38.9V	محدودکننده میان‌ bere، مناسب برای تخلیه ورودی DC
220 ولت برق متناوب صنعتی	SMC	SMCJ70A	VR = 70V VBR ≈ 78V VC ≈ 113V	ظرفیت انرژی بالا، ایده آل برای شبکه های AC و حفاظت از رله

پنجم عملکرد دیود های TVS

۱. حفاظت از ولتاژ بالا: به سرعت اوج ولتاژ را (به عنوان مثال، رعد و برق، تغییر انتقال) برای محافظت از دستگاه های پایین جریان می گیرد.

۲. حفاظت ESD: واکنش فوق سریع به تخلیه الکتروستاتیک در پورت های حساس مانند USB، HDMI، LAN، RS-485

۳. ایمنی موج: جریان های گذرا و بالا را از افزایش قدرت در اتوماسیون، شبکه های برق یا سیستم های امنیتی جذب می کند.

۴. یکپارچگی خط سیگنال: یکپارچگی داده ها را در خطوط با سرعت بالا حفظ می کند در حالی که محافظت از ولتاژ را فراهم می کند.

6. نتیجه‌گیری

دیود های TVS قطعات کم هزینه و سریع هستند که برای محافظت از مدار ضروری هستند. با انتخاب مناسب پارامترها و پیکربندی خاص برای برنامه، آنها قابلیت اطمینان سیستم را تحت شرایط تداخل گذرا و الکترومغناطیسی به شدت افزایش می دهند.

قبلی

استفاده بهینه از واریستورهای اکسید فلزی (MOVs) در سیستم‌های موتور

تمام برنامه‌ها بعدی

واریستور: مؤلفه کلیدی در محافظت مدار