TVS 다이오드의 작동 방식과 ESD 펄스로부터 민감한 전자 부품을 보호하는 데 있어 그 중요성, 그리고 PCB 배치를 위해 TVS 다이오드를 선택하고 최적화하는 방법에 대해 알아보세요. 파손 전압, 클램핑 전압 및 최적 배치 위치와 같은 보호 성능 향상에 영향을 미치는 주요 요소를 살펴봅니다.
엔지니어에게 서지 보호란 올바른 전원 보드를 선택하거나 케이블을 뽑는 것만이 아닙니다. PCB 레이아웃 내에 일시적인 보호 부품을 배치하고 명확한 접지 전략을 적용하는 것을 포함합니다. TVS 다이오드 데이터 라인에서 특히 PCB의 부품을 보호하는 데 사용되는 일반적인 부품입니다. ESD 펄스를 받으면 전류를 보호 대상 부품에서 멀리 전환시킵니다. PCB 레이아웃이 일시적인 보호 기능을 최적화하도록 하는 것은 손상을 방지하고 올바른 장치 기능을 유지하는 데 매우 중요합니다.
TVS 다이오드는 주로 일시적인 전기 현상, 특히 ESD(정전기 방전)로 인한 전압 급상승으로부터 장비를 보호하는 데 사용됩니다. TVS 다이오드는 흔히 제너 또는 쇼트키 다이오드 다이오드와 혼동되지만, 이 둘은 서로 다릅니다. TVS 다이오드는 pn 접합 반도체로 구성되며, 전압의 일시적인 급상승 시 작동합니다. 정상적인 작동 조건에서는 고임피던스 상태를 유지하며 극소량의 누설 전류만 흐릅니다. 일시적인 전압이 파괴 전압 임계값을 초과하면 어베인치 파괴(avalanche breakdown)가 발생하여 전류가 다이오드를 통해 흐르게 되고, 이로 인해 민감한 회로 요소에서 과도한 전류가 분산됩니다.
TVS 다이오드는 피코초(picosecond) 범위 내에서 극도로 빠르게 반응하므로 상승 시간이 매우 빠른 ESD 펄스를 효과적으로 처리할 수 있습니다.
모든 TVS 다이오드는 동일하게 작동합니다. 일시적인 전압 스파이크가 발생하면 다이오드의 역방향 파괴 전압을 빠르게 초과하게 되고, 이로 인해 다이오드가 전도 상태가 됩니다. 그러나 모든 TVS 다이오드가 동일한 것은 아니며, 잘못된 보호 소자를 선택할 경우 일시적인 보호가 제대로 이뤄지지 않을 수 있습니다. TVS 다이오드를 선택할 때는 다음의 주요 파라미터를 고려해야 합니다.
역방향 파괴 전압(VB): TVS 다이오드가 전도를 시작하는 전압입니다.
클램핑 전압(VC): TVS 다이오드가 크게 전도하여 일시적인 전압을 클램프하는 전압입니다. 클램핑 전압이 낮을수록 보호 성능이 더 우수합니다.
작동 역방향 전압(VWM): TVS 다이오드가 전도되지 않고 고임피던스 상태를 유지하며 누설 전류가 최소한으로 유지되는 최대 역방향 바이어스 전압입니다.
최대 펄스 전력(PPP): TVS 다이오드가 일시적인 현상 동안 안전하게 소산할 수 있는 전력량입니다.
TVS 다이오드 작동의 원리는 간단합니다. 회로가 ESD 펄스를 받을 때, 이는 다이오드의 역방향 파괴 전압을 급격히 초과하게 됩니다. 외부 커넥터에 연결된 도체와 같이 노출된 도체는 에스드 펄스에 취약합니다. 이러한 도체가 부품으로 신호를 전달하는 경우, ESD 펄스로 인해 고전압/전류가 부품에 전달되어 손상될 수 있습니다.
TVS 다이오드가 있는 경우, 펄스는 다이오드를 통해 분기되며, 이는 접지로의 저임피던스 경로를 제공합니다. 일반적으로 아노드가 접지되어 있어, 저임피던스 접지 경로가 확보되어 있다면 ESD 펄스가 접지 평면으로 방전됩니다.
TVS 다이오드는 두 가지 유형, 즉 양방향과 단방향이 있으며, 이는 서로 다른 용도로 사용됩니다:
양방향 TVS 다이오드는 차동 페어 또는 양방향으로 진동하는 아날로그 회로와 같이 회로가 양극성 및 음극성 신호를 모두 전달할 때 사용됩니다. 이러한 다이오드는 접지 결함 상황을 포함하여 광범위한 ESD 보호를 제공합니다.
단방향 TVS 다이오드는 단일 극성만이 관여되는 경우에 보호 기능을 제공합니다. 이러한 다이오드는 일반적인 회로 보호에는 효과적이지만, 접지 결함 상황에서는 소자들이 일정 전압에 노출될 수 있습니다.
올바른 TVS 다이오드 선택을 넘어, 보호 성능은 PCB 배치 자체에 크게 영향을 받습니다. 다음 지침을 따라 TVS 다이오드의 최적 성능을 보장하십시오.
배치: TVS 다이오드는 커넥터나 개방된 신호선과 같은 ESD 이벤트에 노출될 수 있는 도체 근처에 배치해야 합니다. TVS 다이오드와 노출된 도체 사이의 트레이스 길이를 최소화하면 부도체 인덕턴스를 줄이고 반응 속도를 향상시킬 수 있습니다.
접지: TVS 다이오드는 보호 대상 부품의 접지와 별도의 접지 평면에 연결하는 것이 이상적입니다. 만약 그러한 것이 불가능하다면, 보드 상의 금속 요소(예: 나사나 장착 구멍)에 트레이스를 이용해 케이싱 접지에 연결해야 합니다. 일시적인 에너지를 신속하게 분산시키기 위해서는 저임피던스 접지가 필수적입니다.
수동 차폐 제거: 차폐 커넥터와 같은 일부 부품들은 정전기 방전(ESD) 및 잡음 간섭을 방지하도록 설계되었습니다. 이러한 부품들은 완전한 보호를 보장하기 위해 TVS 다이오드와 함께 사용되어야 합니다. 커넥터의 차폐층은 일시적인 전류를 위한 저임피던스 경로를 유지하기 위해 케이싱 또는 접지 평면에 직접 접지되어야 합니다.
이러한 지침을 따르면 회로 설계에서 TVS 다이오드를 최적으로 활용하여 서지 및 정전기 방전(ESD) 보호를 효율적으로 수행할 수 있습니다.
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