บทความทางเทคนิคนี้ได้วิเคราะห์อย่างลึกซึ้งถึงกลไกการใช้งานและการเลือกไดโอด TVS ในสภาพแวดล้อมของสัญญาณความเร็วสูง อินเทอร์เฟซพลังงาน และแรงดันไฟฟ้ากระชากในอุตสาหกรรม ครอบคลุมถึงบรรจุภัณฑ์ทั่วไปและแนวโน้มพัฒนาการในอนาคต
I. ESD และแรงดันไฟฟ้าชั่วคราว: ภัยคุกคามที่มองไม่เห็นในระบบดิจิทัล
ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ความเร็วสูงและระบบจัดการพลังงาน การปล่อยประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) และแรงดันชั่วคราวที่เกิดจากฟ้าผ่า การตัด-ต่อแบบเหนี่ยวนำ หรือความผิดปกติของสายไฟฟ้า ถือเป็นภัยคุกคามที่สำคัญแต่มักถูกละเลย โดยเฉพาะในอินเทอร์เฟซอย่าง USB, HDMI, CAN และ Ethernet แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วภายในระดับมิลลิวินาทีสามารถทำลายพอร์ต I/O เสียหายอย่างถาวร ทำให้ตัวควบคุมหลักทำงานล้มเหลว หรือบังคับให้ระบบรีเซ็ตโดยไม่คาดคิด
ไดโอดกดดันแรงดันชั่วคราว (TVS) ถูกออกแบบมาเพื่อลดปัญหา ESD และแรงดันชั่วคราว มีความเร็วตอบสนองระดับใต้หนึ่งนาโนวินาที (<1ns) แรงดันคลัมป์ต่ำ และการดูดซับพลังงานชั่วคราวสูง ทำให้มันเป็นส่วนสำคัญในการออกแบบอินเทอร์เฟซที่ทนทาน
II. หลักการปฏิบัติงานและแบบจำลองพฤติกรรมของไดโอด TVS
ไดโอด TVS ทำงานตามหลักการ breakdown และ clamping เมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเกินค่า breakdown threshold (V BR ), ไดโอดจะเข้าสู่โหมดการนำไฟฟ้าที่มีความต้านทานต่ำ โดยเบี่ยงเบนกระแสชั่วคราวไปยังพื้นดินในขณะที่ควบคุมแรงดันให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัย (V คลิป ).
ไดโอด TVS สามารถจำลองเป็นวงจรแบบคาปาซิเตอร์ที่ต่อกับองค์ประกอบแบบ Zener ซึ่งให้การตอบสนองที่รวดเร็วมาก และทนต่อกระแสสูงสุดในระดับ (I Pp หลายสิบแอมแปร์)
III. การประยุกต์ใช้งานโดยทั่วไปและข้อพิจารณาในการออกแบบวงจร
สำหรับสายข้อมูลความเร็วสูง ไดโอด TVS ต้องมีค่า junction capacitance ต่ำมาก (C J <1pF) เพื่อป้องกันการบิดเบือนของสัญญาณ สิ่งสำคัญคือการเลือกโมเดล TVS ที่มีค่า capacitance ต่ำ และติดตั้งไว้ใกล้กับตัวขั้วต่อ
ที่ขั้นตอนอินพุต DC — ตัวอย่างเช่น ใน PLCs อุตสาหกรรม, ECUs ในรถยนต์ หรือ ESCs ของโดรน — ไดโอด TVS จะทำหน้าที่เป็นตัวดูดซับแรงดันกระชากที่ต่อแบบขนานกับแหล่งจ่ายอินพุต ซึ่งสามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวตามมาตรฐาน ISO 7637 หรือ IEC 61000
เมื่อตัดไฟฟ้าของโหลดแบบเหนี่ยวนำ เช่น มอเตอร์ เรเลย์ หรือคอยล์ ไดโอด TVS จะดูดซับแรงดันย้อนกลับที่เกิดขึ้นสูง เพื่อปกป้องทรานซิสเตอร์สวิตชิ่ง (MOSFET/IGBT) จากการเกิดภาวะ Avalanche breakdown
IV. พารามิเตอร์หลักในการเลือกและตัวเลือกของบรรจุภัณฑ์
| พารามิเตอร์ | ค่า/ช่วงที่แนะนำ |
| V RWM (แรงดันใช้งานสูงสุด) | ควรสูงกว่าแรงดันใช้งานปกติ 10–20% |
| V BR (แรงดัน Breakdown) | ควรต่ำกว่าแรงดันทนทานของอุปกรณ์ป้องกันเป้าหมาย |
| V คลิป (แรงดัน Clamp) | ยิ่งต่ำยิ่งดี เพื่อหลีกเลี่ยงการช็อกจากแรงดันเกิน |
| ฉัน Pp (กระแสสูงสุดแบบพัลส์) | ตามมาตรฐานการทดสอบ (เช่น 8/20μs) |
| C J (ความจุของจังก์ชัน) | แนะนำสัญญาณความเร็วสูง <1pF |
| ประเภทของแพคเกจ |
SOD-323, SOT-23, SMA, SMB, ฯลฯ |
ว. แนวโน้มในอนาคตและแผนการผสานรวม
การบรรจุแบบอาร์เรย์: อุปกรณ์ TVS สำหรับ USB/HDMI แบบหลายช่องสัญญาณเพื่อการป้องกันที่กะทัดรัด;
อุปกรณ์แบบสองทิศทาง: เหมาะสำหรับสัญญาณ AC หรือพอร์ตการสื่อสารแบบสองทิศทาง;
การผสานแบบฝังตัว: ถูกบรรจุไว้ภายในแพ็กเกจของวงจรรวม (IC) เพื่อประหยัดพื้นที่บนแผงวงจร (PCB);
โมดูล TVS กำลังสูง: โมดูลระดับอุตสาหกรรมสำหรับป้องกันไฟกระชากในตู้จ่ายไฟหรือระบบรถไฟฟ้า
ไดโอด TVS | การป้องกันไฟฟ้าสถิตย์และแรงดันไฟฟ้ากระชาก | การป้องกัน ESD สำหรับอินเทอร์เฟซความเร็วสูง
EN
