TVS-diódák alkalmazása ipari Ethernet interfészek túlfeszültségvédelmében

Alkalmazás háttere

Mivel az ipari automatizálási rendszerek egyre inkább a nagy sebességű kommunikációra támaszkodnak, az Ethernet protokollok, mint például az EtherCAT, PROFINET és Modbus TCP széles körben elterjedtek lettek PLC-kben, szervomotor-vezérlőkben, ipari átjárókban és távoli I/O egységekben. Ezek az interfészek gyakran elektromosan zajos környezetekben üzemelnek, ahol villámütés okozta túlfeszültségek, induktív kapcsolási tranziensek és kábelkezelés során keletkező elektrosztatikus kisülések (ESD) komoly fenyegetést jelentenek a megbízhatóságra nézve. A TVS (átmeneti feszültségkorróziós) diódák széles körben használtak az Ethernet interfészek védelmére, mivel ultra gyors reakcióidővel és megbízható energiaelnyelő képességgel rendelkeznek.

Működési elv & Előnyök

Egy TVS diódát általában a jelvonalak és a föld közé kötnek. Amikor egy tranziens feszültségcsúcs keletkezik, a dióda nanoszekundum alatt alacsony impedanciás üzemmódra kapcsol, lekötve a feszültséget és az energiatöbbletet eltérítve az érzékeny alkatrészekről, mint például az Ethernet PHY-k vagy SoC-k.

A legfontosabb előnyök közé tartoznak:

Alnanoszekundumos reakcióidő

Kompakt csomagok beépítéshez alkalmasak RJ45-be vagy mágnesekbe

Alacsony kapacitású modellek megőrzik a jelintegritást a differenciál párokon

Megfelelés az IEC61000-4-2 és IEC61000-4-5 szabványoknak

Tervezési útmutatók

Tervezési megjegyzések:

Használjon ultraalacsony kapacitású TVS tömböket (<1 pF) differenciál párokon a jel torzulásának elkerüléséhez

Válasszon nagyenergiájú TVS-t tápfeszültségcsatlakozókhoz (PoE, 48 V), túláramvédelem >30 A felett

A TVS eszközöket helyezze el minél közelebb az RJ45 csatlakozóhoz a parazita induktivitás csökkentése érdekében

Használati eset

Egy ipari gateway EtherCAT és Modbus TCP integrált védelemmel rendelkezik minden RJ45 porton. Két differenciál vonalat alacsony kapacitású TVS tömbökkel védtek, míg a PoE tápfeszültségcsatlakozókat nagyenergiájú TVS eszközökkel látták el. Az egység sikeresen átesett ±15 kV ESD és ±2 kV EFT tesztelésen, és már üzemel ipari üzemekben.

Következtetés

A TVS-diódák elengedhetetlenek az ipari Ethernet interfészek túlfeszültség és ESD elleni védelmében. Lehetővé teszik az EMC-szabványokkal való megfelelést, és növelik a missziósan kritikus kommunikációs berendezések tartósságát. Ahogy a hálózatok egyre gyorsabbakká és kompaktabbá válnak, a TVS-védelem továbbra is alapvető tervezési szempont marad.

TVS túlfeszültségvédelem｜Ipari kommunikáció védelem｜RJ45 védelem｜EMC antialiasing alkatrészek｜ESD elnyomó eszközök