Tìm hiểu cách hoạt động của điốt TVS, tầm quan trọng của chúng trong việc bảo vệ các linh kiện điện tử nhạy cảm khỏi xung ESD, cũng như cách lựa chọn và tối ưu hóa chúng cho bố trí PCB. Khám phá các yếu tố chính như điện áp đánh thủng, điện áp kẹp và vị trí đặt tối ưu để tăng cường khả năng bảo vệ.
Đối với các kỹ sư, bảo vệ chống đột biến điện không chỉ đơn thuần là chọn đúng bo mạch nguồn hoặc rút cáp ra khỏi thiết bị. Nó bao gồm việc bố trí các linh kiện bảo vệ quá áp trong thiết kế PCB và áp dụng các chiến lược nối đất rõ ràng. Điode TVS là các linh kiện phổ biến được sử dụng để bảo vệ các phần của một bo mạch PCB, đặc biệt là trên các đường truyền dữ liệu. Khi nhận được một xung ESD, chúng sẽ chuyển dòng điện đi ra khỏi các linh kiện được bảo vệ. Đảm bảo thiết kế bố trí PCB tối ưu hóa khả năng bảo vệ quá áp là điều rất quan trọng để ngăn ngừa hư hỏng và duy trì hoạt động đúng đắn của thiết bị.
Một diode TVS chủ yếu được sử dụng để bảo vệ thiết bị khỏi các sự kiện đột biến, đặc biệt là các xung điện do phóng tĩnh điện (ESD). Diode TVS thường bị nhầm lẫn với Zener hoặc Điode Schottky , nhưng chúng là khác nhau. Được cấu tạo từ một bán dẫn có tiếp giáp pn, diode TVS sẽ dẫn điện trong các đỉnh điện áp đột biến. Trong điều kiện bình thường, nó duy trì trở kháng cao với dòng rò rỉ cực nhỏ. Khi điện áp đột biến vượt quá ngưỡng đánh thủng, hiện tượng đánh thủng thác sẽ xảy ra, cho phép dòng điện đi qua diode, từ đó chuyển dòng điện dư thừa này ra khỏi các linh kiện nhạy cảm.
Diode TVS phản ứng cực kỳ nhanh chóng, thường trong phạm vi picogiây, khiến chúng rất hiệu quả trong việc xử lý các xung ESD tăng nhanh với thời gian tăng đột ngột.
Tất cả các điốt TVS đều hoạt động tương tự nhau: khi có xung điện áp đột ngột xảy ra, điện áp này nhanh chóng vượt quá điện áp đánh thủng ngược của điốt, khiến nó dẫn điện. Tuy nhiên, không phải tất cả các điốt TVS đều giống nhau, và việc lựa chọn sai thiết bị bảo vệ có thể dẫn đến bảo vệ điện áp đột ngột không hiệu quả. Khi chọn một điốt TVS, hãy cân nhắc các thông số chính sau đây:
Điện áp đánh thủng ngược (VB): Điện áp tại đó điốt TVS bắt đầu dẫn điện.
Điện áp kẹp (VC): Điện áp tại đó điốt TVS dẫn điện mạnh và kẹp xung điện. Điện áp kẹp thấp hơn sẽ cung cấp mức độ bảo vệ tốt hơn.
Điện áp ngược làm việc (VWM): Điện áp ngược tối đa mà tại đó điốt TVS vẫn duy trì trạng thái không dẫn điện, thể hiện trở kháng cao và dòng rò cực nhỏ.
Công suất xung đỉnh (PPP): Lượng công suất mà điốt TVS có thể tiêu tán một cách an toàn trong suốt một sự kiện điện áp đột ngột.
Nguyên lý hoạt động của diode TVS rất đơn giản: khi mạch điện nhận một xung ESD, điện áp sẽ nhanh chóng vượt quá điện áp đánh thủng ngược của diode. Các dây dẫn hở, ví dụ như những dây nối với các đầu nối bên ngoài, có xu hướng bị ảnh hưởng bởi Emd xung điện. Nếu các dây dẫn này truyền tín hiệu đến các linh kiện, xung ESD có thể truyền một điện áp/dòng điện cao đến linh kiện đó, gây hư hại tiềm tàng.
Khi có một diode TVS, xung điện sẽ được chuyển hướng qua diode, nơi cung cấp một đường dẫn trở kháng thấp xuống đất. Thông thường, cực âm của diode được nối đất, cho phép xung ESD được giải phóng xuống mặt đất, miễn là có sẵn một đường nối đất có trở kháng thấp.
Diode TVS có hai loại: hướng hai chiều và một chiều, mỗi loại phục vụ các mục đích khác nhau:
Các điốt TVS có hướng được sử dụng khi mạch mang cả tín hiệu dương và âm, ví dụ như trong các cặp vi sai hoặc các mạch tương tự dao động có hướng. Các điốt này cung cấp bảo vệ ESD toàn diện, bao gồm cả trong trường hợp sự cố nối đất.
Các điốt TVS một chiều cung cấp bảo vệ khi chỉ liên quan đến một cực tính duy nhất. Mặc dù các điốt này mang lại sự bảo vệ cho các mạch thông thường, nhưng các sự cố nối đất có thể khiến các linh kiện tiếp xúc với một mức điện áp nhất định.
Ngoài việc lựa chọn đúng điốt TVS, hiệu quả của sự bảo vệ còn phụ thuộc rất nhiều vào chính cách bố trí PCB. Các nguyên tắc sau đây sẽ giúp đảm bảo hiệu suất tối ưu cho điốt TVS:
Vị trí đặt: Điốt TVS nên được đặt gần các dây dẫn hở có thể bị ảnh hưởng bởi sự kiện ESD, ví dụ như các cổng kết nối hoặc đường tín hiệu hở. Giảm thiểu chiều dài đường mạch giữa điốt TVS và các dây dẫn hở sẽ làm giảm độ tự cảm ký sinh và cải thiện thời gian phản ứng.
Nối đất: Lý tưởng nhất là các điốt TVS nên được nối với mặt phẳng đất riêng biệt với đất của linh kiện được bảo vệ. Nếu không thể thực hiện, hãy nối với đất khung xe thông qua các vết nối với các thành phần kim loại như vít hoặc lỗ bắt vít. Một đường nối đất trở kháng thấp là yếu tố thiết yếu để nhanh chóng tiêu tán năng lượng xung đột biến.
Loại bỏ lớp chắn thụ động: Một số linh kiện, như các đầu nối có lớp chắn, được thiết kế nhằm ngăn chặn sự can thiệp của ESD và nhiễu. Những linh kiện này nên được sử dụng kết hợp với các điốt TVS để đảm bảo bảo vệ toàn diện. Lớp chắn của đầu nối phải được nối đất trực tiếp với khung xe hoặc mặt phẳng đất để duy trì đường dẫn trở kháng thấp cho dòng điện đột biến.
Bằng cách tuân theo các hướng dẫn này, các điốt TVS có thể được sử dụng một cách tối ưu nhằm mang lại hiệu quả bảo vệ chống lại xung điện và ESD trong các thiết kế mạch điện.
Bảo vệ bằng diode TVS | Mẹo bố trí PCB | Bảo vệ chống xung điện tĩnh (ESD) | Bảo vệ điện áp đột biến | Ứng dụng diode TVS | Bảo vệ các linh kiện điện tử | Vị trí đặt diode TVS | Thiết kế bảo vệ chống sét | Bảo vệ linh kiện trên PCB | Điện áp đánh thủng của diode TVS
EN
