ٹی وی ایس ڈائیوڈز کیسے کام کرتے ہیں: عارضی وولٹیج کی دباؤ کے بنیادی اصول

سرکٹ کی حفاظت میں ٹی وی ایس ڈائیوڈز کا کردار

ٹی وی ایس (عارضی وولٹیج کی دباؤ) ڈائیوڈز نشانہ بننے والی الیکٹرانکس سے تباہ کن وولٹیج کے عارضی جھٹکوں کو موڑنے والے سیمی کنڈکٹر پر مبنی تحفظ کے طور پر کام کرتے ہیں۔ وہ نینو سیکنڈ کے اندر جواب دیتے ہیں تاکہ جھٹکے کی توانائی کو کلیمپ کر سکیں، یہ یقینی بناتے ہوئے کہ اگلے حصوں کے اجزاء محفوظ آپریٹنگ حدود کے اندر رہیں۔ تحقیق ظاہر کرتی ہے کہ ٹی وی ایس کے نفاذ سے یو ایس بی پورٹس جیسے زیادہ خطرے والے انٹرفیس میں ESD سے متعلقہ ناکامیوں میں 70 فیصد کمی آتی ہے (این ٹی سی تحقیق 2023)۔

عارضی وولٹیج کی دباؤ: ٹی وی ایس ڈائیوڈس تیز عارضی وولٹیج کے رد عمل کا طریقہ کار

جب عارضی وولٹیج محفوظ حد سے تجاوز کر جاتی ہے—جو بجلی، سوئچنگ کے واقعات، یا الیکٹرو سٹیٹک ڈسچارج کی وجہ سے ہوتی ہے—تو ٹی وی ایس ڈائیوڈ ایک پیکو سیکنڈ سے بھی کم وقت میں فعال ہو جاتے ہیں۔ یہ انتہائی تیز ردعمل ان کے بہترین پی این جنکشن ڈیزائن کی بدولت ممکن ہوتا ہے، جس کی وجہ سے وہ روایتی دباؤ شکن اوزار جیسے ایم او ویز کے مقابلے میں دس گنا تیز ہوتے ہیں۔

ٹی وی ایس آپریشن میں کلیمپنگ ایکشن اور ایونچر بریک ڈاؤن میکانزم

ٹی وی ایس ڈائیوڈز کنٹرول شدہ ایونچر بریک ڈاؤن کے ذریعے کام کرتے ہیں۔ جب وولٹیج بریک ڈاؤن تھریش ہولڈ (Vbr) سے زیادہ ہو جاتا ہے، تو وہ بجلی کی حوصلہ افزائی شروع کر دیتے ہیں۔ سیمی کنڈکٹر تحفظ پر تحقیق کے مطابق، یہ آلات بنیادی طور پر برقی نظام کے لیے حفاظتی والوز کی طرح کام کرتے ہیں۔ وہ اضافی کرنٹ کو زمین پر بھیج دیتے ہیں جبکہ کلیمپنگ وولٹیج (Vc) کو ان اجزاء کو نقصان پہنچنے سے بچانے کے لیے محفوظ سطح پر رکھتے ہیں۔ زیادہ تر انجینئرز اپنے سرکٹس کو اس طرح ڈیزائن کرتے ہیں کہ Vbr بالکل وہی ہو جو سسٹم کو درکار ہوتا ہے۔ یہ ہم آہنگی یقینی بناتی ہے کہ حفاظت بالکل درست وقت پر فعال ہو، نہ کہ بہت زیادہ حساس ہو یا خطرناک سپائیکس کو بالکل مس کر دے۔

بریک ڈاؤن وولٹیج (Vbr)، کلیمپنگ وولٹیج (Vc)، اور ریورس اسٹینڈ آف وولٹیج (Vrwm)

• VBR : وہ کم از کم وولٹیج جو ایونچر موڈ شروع کرتی ہے (مثال کے طور پر، خودکار نظام کے لیے 12V)
• VC : سرج کے واقعے کے دوران زیادہ سے زیادہ وولٹیج (عام طور پر Vbr کا 1.3x)
• Vrwm : فعال ہونے سے پہلے زیادہ سے زیادہ ریورس وولٹیج؛ عام آپریٹنگ وولٹیج سے زیادہ ہونی چاہیے

یہ پیرامیٹرز ٹی وی ایس ڈائیوڈز کو مخصوص سرکٹ کی ضروریات کے ساتھ مطابقت رکھنے کے لیے انتہائی اہم ہیں، جس سے بروقت چلنے کے بغیر قابل اعتماد حفاظت یقینی بنائی جا سکے۔

پیک امپلیس کرنٹ (آئی پی پی) اور کارکردگی پر درجہ حرارت کے کم ہونے کے اثرات

500A+ پیک امپلس کرنٹس (آئی پی پی) کے لیے درجہ بند ٹی وی ایس ڈائیوڈز کو حرارتی کمی کے تصورات کی ضرورت ہوتی ہے۔ 85°C پر، کمپنگ کارکردگی کمرے کے درجہ حرارت کے مقابلے میں 15–20 فیصد تک کم ہو جاتی ہے، جو صنعتی اور خودکار درخواستوں کے لیے انتہائی اہم ہے جو مستقل حرارتی دباؤ کا سامنا کرتے ہیں۔

ایک سمتی اور دو سمتی ٹی وی ایس ڈائیوڈز: اپنی درخواست کے لیے صحیح قسم کا انتخاب

ایک سمتی اور دو سمتی ٹی وی ایس ڈائیوڈز کے درمیان ساختی اور عملاتی فرق

ایک سمتی ٹی وی ایس ڈائیوڈز ریکٹیفائر ڈائیوڈز کی طرح کام کرتے ہیں، صرف آگے کی سمت میں کرنٹ گزارے جاتے ہیں اور مثبت عارضی اوقات کو ریورس ایولانچ بریک ڈاؤن کے ذریعے دبانے۔ یہ فکسڈ قطبیت والے ڈی سی سسٹمز کے لیے بہترین ہیں، جیسے 24V موٹر کنٹرول سرکٹ جو 30V Vrwm درجہ بندی کے ساتھ ایک سمتی ڈائیوڈ کے ذریعے محفوظ ہو۔

دو طرفہ ٹی وی ایس دایود دونوں مثبت اور منفی عارضی وولٹیج سے تحفظ فراہم کرتے ہیں کیونکہ ان کی ڈبل زینر ساخت ہوتی ہے۔ اس وجہ سے وہ اے سی سگنلز اور کین بس یا یو ایس بی جیسی متوازن قطبیت والی ڈیٹا لائنوں کے لیے موزوں ہوتے ہیں۔ یو ایس بی 3.0 (480 میگابِٹ فی سیکنڈ) جیسے ہائی اسپیڈ انٹرفیس کو الیکٹرو سٹیٹک ڈسچارج (ای ایس ڈی) کے واقعات سے بچانے کے لیے ان کا متوازن ردعمل ناگزیر ہوتا ہے۔

سگنل کی قطبیت، سسٹم وولٹیج، اور استعمال کے مقصد کی بنیاد پر ٹی وی ایس دایود کا انتخاب

وولٹیج کی مطابقت پہلا تصور ہے:

• ایک سمتیہ : وی آر ڈبلیو ایم کا انتخاب ڈی سی آپریٹنگ وولٹیج سے 15–20% زیادہ رکھیں
• دو سمتیہ : وی بی آر کا انتخاب شیشے کی اے سی وولٹیج سے کم از کم 25% زیادہ کریں

سگنل کی قطبیت آلے کی قسم کا تعین کرتی ہے—ایچ ڈی ایم آئی یا آر ایس-485 جیسی تفریقی سگنلنگ معیارات کے لیے دو طرفہ ماڈلز درکار ہوتے ہیں۔ پی سی بی لے آؤٹ کے مطالعات کے مطابق، صنعتی آئی او ٹی گیٹ ویز میں دو طرفہ ٹی وی ایس دایود الیکٹرو سٹیٹک ڈسچارج کی وجہ سے ہونے والی 72% ڈیٹا کی غلطیوں کو کم کرتے ہیں۔ سورجی انورٹرز جیسے مشکل ماحول کے لیے، ≥500A آئی پی پی اور ≤1.5Ω حرکی مزاحمت والے دایود کا انتخاب کریں۔

جدید الیکٹرانک سسٹمز میں ٹی وی ایس ڈائیوڈز کے اہم استعمالات

خودکار الیکٹرانکس کی حفاظت: ای سی یو، کین بسوں اور پاور لائن ٹرانزینٹس

ٹی وی ایس ڈائیوڈز گاڑی کے الیکٹرانکس کو لوڈ ڈمپ سرجز (40V تک) اور ESD واقعات سے محفوظ رکھتے ہیں۔ برقی گاڑیوں میں، وہ بیٹری مینجمنٹ سسٹمز اور چارجنگ سرکٹس کو ری جنریٹو بریکنگ کے دوران پیدا ہونے والے سرجز یا اچانک منقطع ہونے سے بچاتے ہیں۔ 2023 کے ایک صنعتی تجزیے میں پایا گیا کہ سڑک کی وجہ سے پیدا ہونے والی برقی شور میں مبتلا گاڑیوں میں ٹی وی ایس کے انضمام سے ای سی یو کی تبدیلی کی لاگت میں 54% کمی آتی ہے۔

صنعتی درخواستیں: موٹر ڈرائیوز میں انڈکٹو سوئچنگ سرجز کو دبانا

3-فیز موٹرز کی اچانک بندش سے مائیکرو سیکنڈ کے تناسب میں 1kV سے زائد وولٹیج سرجز پیدا ہوتے ہیں۔ دوطرفہ ٹی وی ایس ڈائیوڈز PLCs میں ان ٹرانزینٹس کو 50V سے کم پر کلیمپ کرتے ہیں، جس سے سیفٹی ریلے میں غلط ٹرپس روکے جاتے ہیں۔ ان صنعتی درجہ حرارت کی حدود (-55°C سے 175°C) کے لیے درجہ بند ڈیوائسز سٹیل ملز اور پیداواری سہولیات جیسے سخت ماحول میں قابل اعتماد کارکردگی برقرار رکھتی ہیں۔

ٹیلی کام اور ڈیٹا لائنوں: بجلی کے باعث عارضی وولٹیج اور الیکٹرو سٹیٹک ڈسچارج (ESD) سے حفاظت

کو ایکسیل اور DSL لائنوں میں کم کیپاسیٹنس والے TVS دایود استعمال ہوتے ہیں (<0.5pF) جو بجلی کے جھٹکوں کو روکتے ہیں جبکہ 10Gbps تک سگنل کی صحت کو برقرار رکھتے ہیں۔ اعداد و شمار سے ظاہر ہوتا ہے کہ ٹیلی کام ٹاورز جہاں TVS اریز استعمال ہوتے ہیں، ان میں صرف MOVs پر انحصار کرنے والے ٹاورز کے مقابلے میں بجلی سے متعلقہ غیر معمولی بندشیں 73 فیصد کم ہوتی ہیں۔

ہائی اسپیڈ انٹرفیس کی حفاظت: الیکٹرو سٹیٹک ڈسچارج سے USB، HDMI اور دیگر پورٹس کی حفاظت

USB4 پورٹس کو <0.3pF کیپاسیٹنس اور نینو سیکنڈ کے اندر ردعمل دینے والے TVS دایودز کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ 40Gbps ڈیٹا فلو میں خلل کے بغیر 15kV ESD حملوں کا مقابلہ کیا جا سکے۔ یہ اجزاء ESD توانائی کو PCB کے مخصوص گراؤنڈنگ راستوں سے گزار کر PHY چپس کو نقصان سے بچاتے ہیں۔ میدانی شواہد سے پتہ چلتا ہے کہ جب حفاظتی اقدامات IEC 61000-4-2 لیول 4 معیارات پر پورا اترتے ہیں تو HDMI پورٹس کی ناکامی میں 68 فیصد کمی آتی ہے۔

ESD اور سرج حفاظت: TVS دایود حقیقی دنیا کے خطرات سے کیسے نمٹتے ہیں

ESD واقعات کو سمجھنا: ہیومن باڈی ماڈل ڈسچارج اور نینو سیکنڈ سطح کے اسپائیکس

انسانی جسم کے ماڈل سے صرف ایک نینو سیکنڈ میں 15 کلو وولٹ سے زیادہ بجلی پیدا ہوتی ہے، جس سے مربوط سرکٹس کو نقصان کا خطرہ ہوتا ہے۔ ان تیز رفتار بجلی کے اضافے سے نمٹنے کے لیے، ٹی وی ایس ڈایڈو تقریباً فوری طور پر کام کرتے ہیں، عام طور پر ایک سیکنڈ کے ایک اربواں حصے سے بھی کم۔ یہ بجلی کے لیے متبادل راستے بناتے ہیں، اور اسے نقصان پہنچانے سے پہلے سرکٹری کے حساس حصوں سے دور کر دیتے ہیں۔ تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ ٹی وی ایس کی حفاظت کو مناسب طریقے سے لاگو کرنے سے 8 سے 15 کلو وولٹ تک الیکٹرو اسٹیٹک ڈسچارج کی استثنیٰ حاصل ہوتی ہے خاص طور پر ان بندرگاہوں کے لئے جو ہم عام طور پر صارفین کے الیکٹرانکس پر تلاش کرتے ہیں۔ اس سطح کا تحفظ انتہائی ضروری ہے کیونکہ آلات کے روزمرہ کے ہینڈلنگ سے انہیں عام آپریشن کے دوران کنیکٹر یا انٹرفیس کو چھونے والے صارفین سے ممکنہ جامد جھٹکے لگتے ہیں۔

عام طور پر بجلی کے زور کے ذرائع: بجلی، انڈکٹیو بوجھ اور جامد بجلی

الیکٹرانک نظام تین بنیادی عارضی خطرات کا سامنا کرتے ہیں:

• بجلی سے پیدا ہونے والے عارضی (تک 6kV/3kA) بجلی یا مواصلات کی لائنوں کے ذریعے داخل
• انڈکٹو سوئچنگ اسپائیکس ریلےز یا موٹرز سے، جو 600V تک پہنچ سکتے ہیں
• خشک ماحول میں الیکٹروسٹیٹک جمع شدگی 25kV ڈسچارجز پیدا کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے

ٹی وی ایس ڈایودس ان کا مقابلہ اس طرح کرتے ہیں کہ نارمل آپریشن کے دوران زیادہ مزاحمت دکھاتے ہیں (<1µA رساؤ) اور جھٹکوں کے دوران قریبِ صفر مزاحمت، جو تیزی سے توانائی کو موڑنے کی اجازت دیتا ہے۔

کیا تمام ٹی وی ایس ڈایودس ہائی-اسپیڈ ESD حفاظت کے لیے برابر مؤثر ہوتے ہیں؟

کارکردگی درخواست کے مخصوص پیرامیٹرز کے مطابق نمایاں طور پر مختلف ہوتی ہے:

پیرامیٹر	ہائی-اسپیڈ ESD کی ضرورت	جنرل پروپز ٹی وی ایس
قدرتی	<0.5pF	5–50 پیکو فیراد
جوابی وقت	<0.5 نینو سیکنڈ	1–5 نینو سیکنڈ

کم کیپسیٹنس ٹی وی ایس ڈائیوڈز USB4 جیسے ہائی اسپیڈ لنکس میں سگنل کی وفا کاری کو برقرار رکھتے ہیں۔ خصوصی ڈیزائن مانگنے والے ڈیجیٹل انٹرفیس میں روایتی ماڈلز کے مقابلے میں سگنل کی بگاڑ کو 78 فیصد تک کم کر دیتے ہیں۔

آپٹیمل پی سی بی لے آؤٹ ڈیزائن کے ذریعے ٹی وی ایس ڈائیوڈ کی مؤثرتا میں اضافہ

پی سی بی لے آؤٹ بہترین طریقے: تیز ردعمل کے لیے ٹریس انڈکٹنس کو کم کرنا

نانو سیکنڈ سطح کی دباؤ کشی حاصل کرنے کے لیے، ٹی وی ایس ڈائیوڈز کو کم سے کم ٹریس لمبائی کے ساتھ داخلی نقاط کے قریب رکھا جانا چاہیے۔ زائد ہر ملی میٹر ٹریس پارازٹک انڈکٹنس کی وجہ سے 1–2 نینو سیکنڈ کی تاخیر شامل کرتا ہے۔ چوڑی ٹریسز (≥50 مِل) اور براہ راست رُٹنگ کا استعمال امپیڈنس کو کم کرتا ہے، جو 100A تک کی لہروں کو موثر طریقے سے بکھیرنے کی اجازت دیتا ہے۔ ESD ایسوسی ایشن کی ایک مطالعہ (2023) میں پایا گیا کہ بہتر لے آؤٹ سے غلط رُٹنگ والے ڈیزائن کے مقابلے میں کلیمپنگ کی کارکردگی میں 42 فیصد اضافہ ہوتا ہے۔

کلیمپنگ کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے موثر زمینی کنیکشن کی تکنیکیں

موثر زمینیکرن عارضی توانائی کے لیے کم مزاحمت کا راستہ فراہم کرتا ہے۔ خودکار ECU حفاظت کے تحقیق میں دکھایا گیا ہے کہ 5 ملی میٹر سے کم فاصلے پر متعدد ویاز کے ذریعے TVS دوائیز کو زمینی تختوں سے جوڑنا، بلند فریکوئنسی نظام میں زمینی باؤنس کو 60 فیصد تک کم کر دیتا ہے۔ ماخوص سگنل بورڈز میں، اینالاگ اور ڈیجیٹل زمینوں کو الگ رکھیں لیکن انہیں TVS زمین سے منسلک ایک واحد نقطہ پر جوڑیں تاکہ تحفظ کمزور ہونے سے بچ جائے۔

غیر موثر ترتیب کے مسائل سے بچنا: غیر موثر ترتیب بلند کارکردگی والی TVS دوائیز کو کیسے ناکام بنا دیتی ہے

اگر بلند معیار والی TVS دوائیز کو کنکٹرز سے 10 ملی میٹر سے زیادہ فاصلے پر رکھا جائے یا چوڑائی میں تنگ ٹریسز کے ساتھ جوڑا جائے جو عروج پلس کرنٹس کو برداشت نہ کر سکیں تو وہ ناکام ہو جاتی ہیں۔ حرارتی ماڈلنگ ظاہر کرتی ہے کہ میدان میں ہونے والی 22 فیصد ناکامیاں کافی تانبے کی پور اور ویا ارے استعمال نہ کرنے کی وجہ سے ہوتی ہیں، جو حل پذیر مسئلہ ہے۔ نیز، محفوظ سگنلز کو شور والی ٹریسز کے متوازی روٹنگ سے گریز کریں، کیونکہ صنعتی ماحول میں اس سے جڑے ہوئے عارضی وارنٹس کے لیے حساسیت تین گنا بڑھ جاتی ہے۔

فیک کی بات

TVS دوائیز کیا ہیں؟

ٹی وی ایس ڈائیوڈز سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز ہوتے ہیں جن کا مقصد حساس اجزاء سے زائد سرج توانائی کو موڑ کر وولٹیج عارضی حالات سے الیکٹرانکس کی حفاظت کرنا ہوتا ہے۔

ٹی وی ایس ڈائیوڈز وولٹیج عارضی حالات پر کیسے ردعمل ظاہر کرتے ہیں؟

وہ سرج توانائی کو محدود کرنے کے لیے ایک پیکو سیکنڈ سے بھی کم وقت میں ردِ عمل کا اظہار کرتے ہیں، یقینی بناتے ہوئے کہ اجزاء محفوظ آپریٹنگ حدود کے اندر رہیں۔

یکطرفہ اور دونوں طرفہ ٹی وی ایس ڈائیوڈز کے درمیان کیا فرق ہے؟

ایک طرفہ ٹی وی ایس ڈائیوڈز ایک ہی سمت میں کنڈکٹ کرتے ہیں اور ڈی سی سسٹمز کے لیے مناسب ہوتے ہیں، جبکہ دو طرفہ ٹی وی ایس ڈائیوڈز مثبت اور منفی دونوں عارضی حالات سے تحفظ فراہم کر سکتے ہیں، جس کی وجہ سے وہ اے سی سگنلز کے لیے بہترین ہوتے ہیں۔

درجہ حرارت کی حالتیں ٹی وی ایس ڈائیوڈز کو کیسے متاثر کرتی ہیں؟

درجہ حرارت کی کمی بہت ضروری ہے کیونکہ زیادہ درجہ حرارت ٹی وی ایس ڈائیوڈز کی کلیمپنگ کارکردگی کو 15 تا 20 فیصد تک کم کر سکتا ہے۔