Bài viết kỹ thuật này phân tích sâu cơ chế ứng dụng và logic lựa chọn diode TVS trong các môi trường tín hiệu tốc độ cao, giao diện nguồn và chống sốc công nghiệp, bao gồm các gói linh kiện điển hình và xu hướng phát triển trong tương lai.
I. ESD và Điện áp đột biến: Những mối đe dọa vô hình trong hệ thống số
Trong các thiết bị điện tử số tốc độ cao và hệ thống quản lý điện năng, hiện tượng Phóng tĩnh điện (ESD) và điện áp đột biến - do sét đánh, đóng ngắt cảm ứng hoặc sự cố đường điện - là những mối đe dọa lớn nhưng thường bị bỏ qua. Đặc biệt ở các cổng giao tiếp như USB, HDMI, CAN và Ethernet, các xung điện áp tồn tại trong vài milli giây có thể làm hỏng cổng I/O, gây treo máy điều khiển trung tâm hoặc khiến hệ thống khởi động lại bất ngờ.
Các diod Triệt tiêu điện áp đột biến (TVS), được thiết kế để giảm thiểu ESD và điện áp đột biến, có thời gian phản ứng dưới nanosecond (<1ns), điện áp kẹp thấp và khả năng hấp thụ năng lượng đột biến cao, khiến chúng trở thành thành phần không thể thiếu khi thiết kế các cổng giao tiếp bền bỉ.
II. Nguyên lý hoạt động và Mô hình hành vi của Diode TVS
Diode TVS hoạt động dựa trên nguyên lý đánh thủng và kẹp điện áp. Khi điện áp đầu vào vượt quá ngưỡng đánh thủng (V BR ), diode chuyển sang chế độ dẫn điện trở kháng thấp, chuyển dòng điện quá độ xuống đất trong khi kẹp điện áp ở mức an toàn (V Kẹp ).
Diode TVS có thể được mô hình hóa như một tụ điện mắc song song với thành phần kiểu Zener, mang lại phản ứng siêu nhanh và chịu được dòng xung đỉnh cao (I Pp vài chục ampe).
III. Ứng dụng điển hình và Các lưu ý trong thiết kế mạch
Đối với các đường dữ liệu tốc độ cao, diode TVS phải có điện dung tiếp giáp cực thấp (C J <1pF) để tránh làm suy giảm tín hiệu. Việc lựa chọn các model TVS có điện dung thấp và đặt chúng gần các đầu nối là rất quan trọng.
Tại các tầng đầu vào DC — ví dụ như trong các PLC công nghiệp, ECU ô tô hoặc ESC máy bay điều khiển từ xa — diode TVS hoạt động như bộ hấp thụ xung điện, được mắc song song với đường điện đầu vào, có khả năng kẹp các xung điện phù hợp với tiêu chuẩn ISO 7637 hoặc IEC 61000.
Khi tắt các tải cảm ứng như động cơ, rơ le hoặc cuộn dây, diode TVS hấp thụ điện áp ngược cao được tạo ra, bảo vệ các transistor đóng ngắt (MOSFET/IGBT) khỏi hiện tượng đánh thủng do hiện tượng lũy điện.
IV. Các Thông Số Lựa Chọn Chính Và Tùy Chọn Vỏ Linh Kiện
| Thông số kỹ thuật | Giá trị/dải đề xuất |
| V RWM (điện áp hoạt động tối đa) | Nên cao hơn 10–20% so với điện áp hoạt động bình thường |
| V BR (điện áp đánh thủng) | Phải thấp hơn điện áp chịu đựng của thiết bị bảo vệ mục tiêu |
| V Kẹp (điện áp kẹp) | Càng thấp càng tốt để tránh sốc quá áp |
| Tôi Pp (dòng xung tối đa) | Theo tiêu chuẩn thử nghiệm (chẳng hạn như 8/20μs) |
| C J (điện dung mối nối) | Khuyến nghị tín hiệu tốc độ cao <1pF |
| Loại gói |
SOD-323, SOT-23, SMA, SMB, v.v. |
V. Xu hướng tương lai và lộ trình tích hợp
Đóng gói mảng: Mảng TVS đa kênh cho USB/HDMI nhằm bảo vệ gọn nhẹ;
Thiết bị song hướng: Phù hợp cho tín hiệu xoay chiều hoặc cổng truyền thông song hướng;
Tích hợp nhúng: Được tích hợp bên trong các gói IC để tiết kiệm diện tích bo mạch;
Mô-đun TVS công suất cao: Các mô-đun công nghiệp dùng để bảo vệ quá áp trong tủ điện hoặc hệ thống đường sắt.
Diode TVS | Bảo vệ xung điện tĩnh | Bảo vệ ESD cho giao tiếp tốc độ cao
EN
