Tento technický článok podrobne analyzuje mechanizmy aplikácie a logiku výberu TVS diód v prostredí vysokorýchlostných signálov, napájacieho rozhrania a priemyselných prepätí, vrátane typických puzdier a budúcich vývojových trendov.
I. ESD a prepätie: neviditeľné hrozby v digitálnych systémoch
Vysokorýchlostná digitálna elektronika a systémy na riadenie napájania, elektrostatický výboj (ESD) a prechodné napätie spôsobené bleskom, indukčným spínaním alebo poruchami na napájacej sieti predstavujú významné, často opomínané hrozby. Obzvlášť u rozhraní ako USB, HDMI, CAN a Ethernet môžu milisekundové napäťové špičky nevratne poškodiť vstupné/výstupné porty, spôsobiť pád hlavného ovládača alebo neočakávané reštartovanie systému.
Dioda na potlačenie prechodného napätia (TVS), ktorá je navrhnutá na zvládanie ESD a prepätia, ponúka reakčný čas pod nanosekundu (<1 ns), nízke upínacie napätie a vysokú absorpciu energie prechodných javov, čo ich činí neoddeliteľnou súčasťou pri návrhu odolných rozhraní.
II. Princíp činnosti a behaviorálny model TVS diód
TVS diódy pracujú na princípe preboja a obmedzenia napätia. Keď vstupné napätie prekročí prahovú hodnotu preboja (V BR ). dióda prechádza do vodivého stavu s nízkou impedanciou, čím odoberá prechodný prúd do zeme a obmedzuje napätie na bezpečnej úrovni (V Svoriek ).
TVS diódu možno modelovať ako kondenzátor zapojený paralelne so zenerovskou zložkou, ktorá poskytuje ultra rýchlu odozvu a vydrží veľmi vysoké impulzné prúdy (I PP v desiatkach ampérov).
III. Typické aplikácie a návrhové úvahy pre obvodové riešenie
Pre vysokorýchlostné dátové linky musia mať TVS diódy extrémne nízku prechodnú kapacitu (C J <1 pF), aby sa predišlo degradácii signálu. Je dôležité vybrať modely TVS s nízkou kapacitou a umiestniť ich čo najbližšie k konektorom.
Na vstupných stupňoch jednosmerného prúdu – napríklad v priemyselných PLC, automobilových ECU alebo ESC pre drony – pôsobia TVS diódy ako absorbéry prepätia zapojené paralelne so vstupnou napájacou linkou, pričom sú schopné obmedziť impulzy v súlade so štandardmi ISO 7637 alebo IEC 61000.
Pri vypínaní indukčných záťaží, ako sú motory, relé alebo cievky, TVS diódy pohlcujú vzniknuté vysoké reverzné napätie a chránia spínače tranzistory (MOSFET/IGBT) pred lavínovým prerazom.
IV. Kľúčové parametre výberu a možnosti puzdier
| Parameter | Odporúčaná hodnota/rozsah |
| V RWM (maximálne prevádzkové napätie) | Malo by byť o 10–20 % vyššie ako normálne prevádzkové napätie |
| V BR (napätie prerazu) | Mal byť nižší ako odolnosť cieľového ochranného zariadenia |
| V Svoriek (upínacie napätie) | Čím nižšie, tým lepšie, aby sa predišlo prepätému šoku |
| I PP (maximálny impulzný prúd) | Podľa štandardného testu (napr. 8/20μs) |
| C J (kapacita spoja) | Odporúčanie pre vysokorýchlostné signály <1pF |
| Typ balenia |
SOD-323, SOT-23, SMA, SMB, atď. |
VI. Budúce trendy a cesta integrácie
Pouzdrenie poľa: Viac kanálové USB/HDMI TVS poľa na kompaktnú ochranu;
Obousmerné zariadenia: vhodné pre striedavé signály alebo obousmerné komunikačné porty;
Vestaviteľná integrácia: integrované vo vnútri IC puzdier na úsporu miesta na doske plošných spojov;
Moduly TVS s vysokým výkonom: priemyselné moduly na ochranu pred prepätím v rozvádzačoch alebo železničných systémoch.
Diódy TVS | Ochrana pred elektrostatickým prepätím | Ochrana rozhraní s vysokou rýchlosťou pred ESD
EN
