ESD 및 서지 보호의 핵심: 고속 신호 및 전원 인터페이스에서의 TVS 다이오드 전략

I. 정전기 및 서지: 디지털 시스템에서 보이지 않는 위협

고속 디지털 전자 장치 및 전력 관리 시스템에서 정전기 방전(ESD)과 번개, 유도 스위칭 또는 전원선 이상으로 인해 발생하는 일시적인 서지 전압은 상당한 위협이 되며, 종종 간과되곤 합니다. 특히 USB, HDMI, CAN 및 이더넷과 같은 인터페이스에서 밀리초 단위의 전압 급증은 I/O 포트에 영구적인 손상을 입히거나 메인 컨트롤러가 작동 중단되게 하거나 시스템이 예기치 않게 재설정되도록 할 수 있습니다.

ESD 및 서지 완화를 위해 설계된 일시적 전압 억제(TVS) 다이오드는 서브 나노초 응답 시간(<1ns), 낮은 클램핑 전압, 높은 일시적 에너지 흡수 능력을 제공하여 견고한 인터페이스 설계에 없어서는 안 되는 부품입니다.

II. TVS 다이오드의 작동 원리 및 거동 모델

TVS 다이오드는 절연 파괴 및 클램핑 원리를 기반으로 작동합니다. 입력 전압이 파괴 임계값(V BR )을 초과하면 다이오드는 저임피던스 전도 모드로 전환되며, 일시적인 전류를 접지로 재전송하면서 전압을 안전한 수준(V 클램프 ).

TVS 다이오드는 제너 다이오드와 유사한 구성요소와 병렬로 연결된 커패시터로 모델링할 수 있으며, 초고속 응답 속도와 수십 암페어(amperes) 범위의 높은 최대 펄스 전류(I PP )를 견딜 수 있는 특성을 제공합니다.

III. 일반적인 적용 분야 및 회로 설계 고려 사항

고속 데이터 라인의 경우, 신호 품질 저하를 방지하기 위해 TVS 다이오드의 접합 커패시턴스(C J )가 1pF 미만이어야 하며, 저용량 TVS 모델을 선택하고 커넥터에 가까운 위치에 배치하는 것이 중요합니다.

직류 입력 단계(예: 산업용 PLC, 자동차 ECU 또는 드론 ESC)에서 TVS 다이오드는 입력 레일과 병렬로 연결된 서지 흡수기 역할을 하며, ISO 7637 또는 IEC 61000 표준에 부합하는 펄스를 클램핑할 수 있습니다.

모터, 릴레이 또는 코일과 같은 유도 부하를 차단할 때 TVS 다이오드는 발생된 높은 역전압을 흡수하여 스위칭 트랜지스터(MOSFET/IGBT)가 어베인 침식 손상을 입지 않도록 보호합니다.

IV. 주요 선택 파라미터 및 패키지 옵션

VI. 향후 트렌드 및 통합 로드맵

어레이 패키징: 소형 보호를 위한 멀티채널 USB/HDMI TVS 어레이;

양방향 소자: AC 신호 또는 양방향 통신 포트에 적합;

내장형 통합: IC 패키지 내부에 내장하여 PCB 공간 절약;

고전력 TVS 모듈: 전원 캐비닛 또는 철도 시스템의 서지 보호를 위한 산업용 모듈.

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