본 기사에서는 산업용 제어 장비에서 TVS 다이오드의 서지 억제 응용에 대해 분석하며, 실제 사례 및 기술적 선정 권장 사항을 포함합니다. 국제 조달 및 EMC 설계 담당자를 대상으로 적합합니다.
I. TVS 다이오드란 무엇이며 어떤 문제를 해결하나요?
TVS 다이오드(과전압 억제 다이오드)는 일시적인 전압 서지로부터 보호하기 위해 설계된 보호 장치입니다. 번개 감전, 전원 스위칭, 정전기 방전(ESD), 급격한 부하 변화와 같은 갑작스러운 고전압 서지가 발생할 경우, TVS 다이오드는 나노초 이내에 도통되어 과도전압을 안전한 수준으로 억제합니다. 이를 통해 MCU, CAN 컨트롤러, RS485 통신 칩과 같은 민감한 회로 소자를 손상으로부터 보호합니다.
II. 산업용 자동화 시스템에서의 주요 응용 분야
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응용 시스템 |
보호 대상 |
설치 위치 |
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PLC 프로그래밍 가능 컨트롤러 |
디지털 I/O 인터페이스, 통신 포트 |
입력 및 출력 인터페이스, RS485 채널 |
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인버터 및 모터 드라이브 |
제어 전원 공급 및 모터 피드백 신호 |
DC 입력/출력, 아날로그 신호 |
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로봇 및 자동화 셀 |
센서/인코더 회로 |
단자대, 전력 버스바 |
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산업용 사물인터넷(IIoT) 게이트웨이 |
이더넷/USB/UART 통신 인터페이스 |
네트워크/직렬 포트 보호 구역 |
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보안 감시 시스템 |
카메라 전원 공급 및 신호 연결 |
DC 플러그, PoE 전원 포트 |
TVS 다이오드는 소형이며 빠르고 SMA, SMB, SMC, DO-15 등 다양한 패키지 형태로 제공되어 고밀도 PCB 레이아웃에 적합합니다.
III. 올바른 TVS 다이오드를 선택하는 방법?
설계 시 다음 기술적 파라미터들을 고려하는 것이 중요합니다:
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매개변수 이름 |
의미 및 제안 사항 |
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V RWM |
최대 작동 전압, 시스템 작동 전압 이상이어야 함 |
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V BR |
붕괴 전압, 도통을 유도하는 최소 전압 |
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V 클램프 |
클램핑 전압, 실제 서지 보호 상한치 |
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I PP |
피크 서지 전류 용량, 서지 전류 용량이 클수록 충격 저항 성능이 우수함 |
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C J |
접합 캐패시턴스, 통신 인터페이스에서 특히 중요함 |
예를 들어, RS485 산업용 통신 인터페이스의 경우, V RWM 가 5V이고 V 클램프 가 ≤ 12V인 낮은 정전용량의 TVS 다이오드를 권장합니다.
IV. 적용 사례: 유럽 고객의 릴레이 서지 문제 해결
2024년 말, 독일의 산업 자동화 장비 제조업체가 PLC 제어 모듈에서 빈번히 발생하는 MCU 손상 문제를 해결하는 데 저희가 도움을 드렸습니다. 분석 결과, 릴레이가 분리되는 순간 발생하는 역방향 고전압(>60V)이 PCB 회로를 통해 주제어 칩에 영향을 준 것으로 밝혀졌습니다.
릴레이 구동부와 MCU 제어 라인 사이에 SMCJ40CA 양방향 TVS 다이오드를 선택하여 배치함으로써 서지를 성공적으로 억제하였으며, 24시간 연속 테스트 후에도 문제가 더 이상 발생하지 않았습니다.
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