ไดโอด TVS ทำหน้าที่อะไร?

หน้าแรก ข่าว พื้นฐานอิเล็กทรอนิกส์ ไดโอด TVS ทำหน้าที่อะไร?

2022-11-18 990

ท่อ TVS เป็นอุปกรณ์ป้องกันที่มีประสิทธิภาพสูง เมื่อปลายทั้งสองข้างได้รับผลกระทบจากพลังงานสูงในทันที หลอด TVS สามารถเปลี่ยนคุณลักษณะความต้านทานสูงเป็นคุณลักษณะความต้านทานต่ำ ดูดซับกระแสขนาดใหญ่ และยึดแรงดันไฟฟ้าที่ปลายทั้งสองด้านของท่อ TVS ได้ทันที ที่ค่าหนึ่ง (ค่าแรงดันไฟฟ้าทนของท่อ TVS) วงจรด้านหลังจะได้รับการปกป้องจากผลกระทบของพลังงานสูงชั่วคราว และความปลอดภัยของวงจรจะได้รับการคุ้มครอง ดังที่แสดงด้านล่าง พูดง่ายๆ ก็คือ ถ้าแรงดันไฟฟ้าที่วงจรสามารถทนได้ไม่สูงกว่า DC24V ให้เชื่อมท่อ TVS 26V ที่แหล่งจ่ายไฟ เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟไม่เกิน 26V หลอด TVS จะอยู่ในสถานะความต้านทานสูง หลังจากพัลส์สูงกว่า 26V หลอด TVS จะสามารถยึดแรงดันไฟฟ้าของวงจรไว้ที่ 24V ได้อย่างรวดเร็ว จึงมั่นใจในความปลอดภัยของแผงวงจร

บทบาทของไดโอด TVS
โดยทั่วไปฟังก์ชันของไดโอด TVS มีดังนี้:
(1) การเพิ่มไดโอด TVS ลงในสายสัญญาณและสายไฟสามารถป้องกันไมโครโปรเซสเซอร์หรือไมโครคอมพิวเตอร์ชิปเดียวไม่ให้ทำงานผิดปกติอันเนื่องมาจากไฟกระชากทันที เช่น ผลกระทบจากการปล่อยไฟฟ้าสถิต ไฟกระชากไฟฟ้ากระแสสลับ และสัญญาณรบกวนจากแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง
(2) ผลกระทบจากการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตสามารถปล่อยพัลส์ที่มีแรงดันไฟฟ้ามากกว่า 10000 โวลต์ และ 60 แอมแปร์ ได้นานถึง 10 มิลลิวินาที ในขณะที่อุปกรณ์ TTL ทั่วไป เมื่อพบพัลส์ 10 โวลต์ นานกว่า 30 มิลลิวินาที อาจทำให้เกิดความเสียหายได้ การใช้ไดโอด TVS สามารถดูดซับพัลส์ที่อาจสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และขจัดสัญญาณรบกวน (Crosstalk) ที่เกิดจากการสลับระหว่างบัส
(3) การวางไดโอด TVS ระหว่างสายสัญญาณและกราวด์จะช่วยป้องกันไม่ให้บัสข้อมูลและควบคุมได้รับผลกระทบจากสัญญาณรบกวนที่ไม่จำเป็น

ไดโอด TVS ทำงานอย่างไร
ตัวระงับแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ (TransientVoltageSuppressor) เรียกว่าหลอด TVS คุณสมบัติทางไฟฟ้าของหลอด TVS ถูกกำหนดโดยพื้นที่รอยต่อ PN ความเข้มข้นของสารเจือปน และความต้านทานของแผ่นเวเฟอร์ ความสามารถในการทนกระแสกระชากแปรผันตามพื้นที่รอยต่อ PN TVS ถูกใช้อย่างแพร่หลายในการป้องกันเซมิคอนดักเตอร์และอุปกรณ์ที่ไวต่อแสง โดยทั่วไปใช้เพื่อป้องกันแหล่งจ่ายไฟรองและวงจรสัญญาณ และป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ มีคุณสมบัติเด่นคือการตอบสนองที่รวดเร็ว (ระดับ PS) ขนาดเล็ก กำลังพัลส์สูง และแรงดันไฟฟ้าแคลมป์ต่ำ กำลังพัลส์คลื่น 10/1000μs มีช่วงตั้งแต่ 400W ถึง 30KW และกระแสพีคพัลส์มีช่วงตั้งแต่ 0.52A ถึง 544A แรงดันพังทลายมีค่าตั้งแต่ 6.8V ถึง 550V ซึ่งสะดวกสำหรับการใช้งานในวงจรที่มีแรงดันไฟฟ้าหลากหลาย
อุปกรณ์เชื่อมต่อแบบขนานในวงจร เมื่อวงจรทำงานปกติจะอยู่ในสถานะตัด (สถานะความต้านทานสูง) ซึ่งไม่ส่งผลต่อการทำงานปกติของวงจร เมื่อวงจรมีแรงดันไฟฟ้าเกินผิดปกติและถึงแรงดันพังทลาย วงจรจะเปลี่ยนจากสถานะความต้านทานสูงไปเป็นสถานะความต้านทานสูงอย่างรวดเร็ว สถานะอิมพีแดนซ์ต่ำให้เส้นทางการนำอิมพีแดนซ์ต่ำสำหรับกระแสไฟฟ้าชั่วขณะ และในขณะเดียวกันก็จับแรงดันไฟฟ้าสูงผิดปกติให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัย จึงเป็นการปกป้อง IC หรือวงจรที่ได้รับการป้องกัน เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินผิดปกติหายไป จะกลับสู่สถานะความต้านทานสูงและวงจรทำงานได้ตามปกติ

ลักษณะของไดโอด TVS

กราฟลักษณะไดโอด TVS
พารามิเตอร์ลักษณะหลัก
      ①แรงดันไฟฟ้าปิดสถานะย้อนกลับ (แรงดันไฟฟ้าตัด) VRWM และกระแสไฟฟ้ารั่วกลับ IR: แรงดันไฟฟ้าปิดสถานะย้อนกลับ (แรงดันไฟฟ้าตัด) VRWM ระบุแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่หลอด TVS ไม่นำไฟฟ้า และมีกระแสไฟฟ้ารั่วกลับเล็กน้อยภายใต้แรงดันไฟฟ้า IR นี้
      ②แรงดันพัง VBR: แรงดันไฟเมื่อหลอด TVS ผ่านการทดสอบกระแส IT ที่กำหนด ซึ่งเป็นสัญญาณแรงดันไฟที่ระบุว่าหลอด TVS เปิดอยู่ (ตัวเลขในรุ่นซีรีส์ P4SMA, P6SMB, 1.5SMC, P4KE, P6KE และ 1.5KE เป็นค่าแรงดันไฟที่พังตามที่กำหนด ส่วนตัวเลขในซีรีส์อื่นๆ เป็นค่าแรงดันไฟปิดสถานะย้อนกลับ)
แรงดันพังทลายของหลอด TVS มีช่วงข้อผิดพลาดอยู่ที่ ±5% (หลอดที่ไม่มี "A" อยู่ที่ ±10%)
       ③กระแสพีคพัลส์ IPP: กระแสพีคสูงสุดของคลื่น 10/1000μs ที่หลอด TVS ยอมให้ผ่านได้ (กระแสพีคของคลื่น 8/20μs มีค่าประมาณ 5 เท่า) หากกระแสเกินค่านี้อาจทำให้เกิดความเสียหายถาวรได้ ในวงจรเดียวกัน ยิ่งแรงดันพังทลายของหลอดสูงเท่าใด กระแสพีคที่ยอมให้ผ่านได้ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น
       ④แรงดันไฟฟ้าในการหนีบสูงสุด VC: แรงดันไฟฟ้าที่ปรากฏที่ปลายทั้งสองข้างของท่อ TVS เมื่อกระแสพีคพัลส์ IPP ไหล
       ⑤กำลังสูงสุดของพัลส์ Pm: กำลังสูงสุดของพัลส์ Pm หมายถึงผลคูณของ IPP กระแสสูงสุดของพัลส์ที่คลื่น 10/1000μs และแรงดันไฟฟ้าหนีบสูงสุด VC นั่นคือ Pm=IPP*VC

การใช้งานไดโอด TVS
      ①การเลือกกระแสพีคพัลส์ IPP และแรงดันไฟกระชากสูงสุด VC: เมื่อใช้หลอด TVS เพียงอย่างเดียว ควรเลือกรุ่น IPP ที่เหมาะสมโดยพิจารณาจากกระแสไฟกระชากสูงสุดที่อาจปรากฏบนสาย เมื่อใช้หลอด TVS เป็นระดับการป้องกันที่สอง โดยทั่วไป 500W ~ 600W ก็เพียงพอแล้ว โปรดทราบว่าแรงดันไฟกระชากสูงสุด VC ในขณะนี้ไม่ควรเกินแรงดันไฟกระชากสูงสุด (แรงดันความปลอดภัย) ที่อุปกรณ์ป้องกันสามารถทนได้
       ② เมื่อใช้เพื่อการป้องกันวงจรส่งสัญญาณ ต้องคำนึงถึงความถี่หรืออัตราการส่งสัญญาณของสัญญาณที่ส่งออก เมื่อความถี่สัญญาณ (อัตราการส่งข้อมูล) ≥ 10MHz (Mb/s) Cj ควรมีค่า ≤ 60pF และเมื่อความถี่สัญญาณ (อัตราการส่งข้อมูล) ≥ 100MHz (Mb/s) Cj ควรมีค่า ≤ 20pF เมื่อความถี่สัญญาณหรืออัตราการส่งข้อมูลสูง ควรเลือกใช้หลอดอนุกรมความจุต่ำ หากหลอดอนุกรมความจุต่ำยังไม่สามารถตอบโจทย์ความต้องการได้ ควรต่อหลอด TVS เข้ากับบริดจ์ที่ประกอบด้วยไดโอดแบบกู้คืนเร็ว เพื่อลดความจุรวมเทียบเท่าและเพิ่มความถี่สัญญาณที่ส่งออก สำหรับวงจรที่แสดงในรูปด้านล่าง ความถี่ในการส่งสัญญาณสูงสุดสามารถสูงกว่า 20MHz ได้

TVS1 ปกป้องวงจรทั้งหมดรวมทั้งหม้อแปลงด้วย
TVS2 ให้การป้องกันระดับสูงสำหรับวงจรถัดไป (วงจรทั้งหมดยกเว้นหม้อแปลง) เนื่องจากลักษณะทางกายภาพของหม้อแปลงที่มีความต้านทานต่ออนุกรมสูง จึงมีโอกาสน้อยมากที่วงจรจะขาดเมื่อถูกไฟกระชาก
TVS3 ช่วยปกป้องโหลดได้อย่างครอบคลุม ในกรณีนี้ จะใช้ไดโอด TVS แบบยูนิโพลาร์ที่มีต้นทุนต่ำกว่า หากใช้ TVS3 เพียงอย่างเดียวในวงจร เนื่องจากบริดจ์ไม่ได้รับการป้องกันโดย TVS บริดจ์จึงควรใช้อุปกรณ์ที่มีอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าสูงกว่าเพื่อป้องกันความเสียหาย

การแสดงผลคำค้นหายอดนิยมสำหรับผลิตภัณฑ์ Kinghelm

ซง ซื่อเฉียง ให้สัมภาษณ์กับ RTHK เกี่ยวกับเส้นทางการขยายธุรกิจไปต่างประเทศของแบรนด์เทคโนโลยีจีน ท่ามกลางโอกาสจากงานประชุม APEC ที่เมืองเซินเจิ้น