Застосування TVS-діодів у захисті від перенапруги для промислових інтерфейсів Ethernet

Передумови застосування

Оскільки системи промислової автоматизації все більше залежать від високошвидкісного зв'язку, Ethernet-протоколи, такі як EtherCAT, PROFINET та Modbus TCP, стали стандартними для програмованих логічних контролерів (PLC), серводрайверів, промислових шлюзів та віддалених модулів введення-виведення. Ці інтерфейси часто використовуються в електрично заваджувальних середовищах, де загрозу надійності представляють як перенапруги від блискавки, так і комутаційні перехідні процеси індуктивностей та електростатичний розряд (ESD) під час роботи з кабелями. Для захисту Ethernet-інтерфейсів широко використовуються діоди подавлення перехідних напруг (TVS) через їхні надзвичайно швидку реакцію та стійкість до поглинання енергії.

Принцип роботи та переваги

Зазвичай TVS-діод підключається між сигналними лініями та землею. Коли виникає перехідний спалах, діод переходить у режим низького опору за наносекунди, обмежуючи напругу та перенаправляючи зайву енергію від чутливих компонентів нижнього рівня, таких як фізичні інтерфейси Ethernet або системи на кристалі (SoC).

Головні переваги включають:

Час реакції менше наносекунди

Компактні корпуси, придатні для інтеграції всередині RJ45 або магнітних елементів

Моделі з низькою ємністю забезпечують цілісність сигналу на диференційних парах

Відповідність стандартам IEC61000-4-2 та IEC61000-4-5

Рекомендації щодо проектування

Примітки до проектування:

Використовуйте TVS-масиви з наднизькою ємністю (<1 пФ) на диференційних парах, щоб уникнути спотворення сигналу

Обирайте TVS-пристрої з високою енергією для живильних контактів (PoE, 48 В) з показником струму понад 30 А

Розташовуйте TVS-пристрої якомога ближче до RJ45, щоб мінімізувати паразитну індуктивність

Використання

Промисловий шлюз із підтримкою EtherCAT і Modbus TCP, інтегрований TVS захист для кожного порту RJ45. Дві диференційні лінії захищені за допомогою TVS-масивів з низькою ємністю, а для живильних контактів PoE використані TVS-пристрої з високою енергією. Пристрій пройшов випробування на ±15 кВ ЕСР та ±2 кВ ШІП і успішно використовується на розумних фабриках.

Висновок

Діоди TVS є незамінними для захисту інтерфейсів промислового Ethernet від перенапруг та електростатичного розряду. Вони забезпечують відповідність стандартам ЕМС та підвищують надійність обладнання для критичних комунікацій. У міру того, як мережі стають швидшими та компактнішими, захист за допомогою TVS залишатиметься ключовим аспектом проектування.

Захист від перенапруг TVS｜Захист промислових комунікацій｜Захист RJ45｜Компоненти для захисту від електромагнітних завад｜Пристрої подавлення ESD