آشنایی با دیودهای سرکوبگر ولتاژ گذرا
به روز رسانی شده در ۱۴۰۳/۸/۲۴ زمان مطالعه 15 دقیقهدیودهای سرکوبگر ولتاژ گذرا (TVS) به‌منظور محافظت از مدارهای الکترونیکی در برابر ولتاژهای غیرمنتظره و گذرا (Transient Voltages) طراحی شده‌اند. این دیودها قادرند به‌طور سریع ولتاژهای ناخواسته و نوسانات را جذب کرده و از آسیب به تجهیزات جلوگیری کنند. در این مقاله، انواع دیودهای TVS، روش‌های عملکرد آن‌ها، و کاربردهای رایج این قطعات بررسی خواهند شد.
دیودهای سرکوبگر ولتاژ گذرا (TVS): ساختار و عملکرد
دیودهای TVS قطعات الکترونیکی خاصی هستند که به‌طور ویژه برای محافظت در برابر ولتاژهای گذرا و نوسانات ناخواسته طراحی شده‌اند. این ولتاژها ممکن است ناشی از رعد و برق، نویز الکترومغناطیسی، یا قطع و وصل‌های ناگهانی در منابع تغذیه باشند. این دیودها می‌توانند در دو حالت فعال شوند: در حالت معکوس (برای ولتاژهای زیاد) و در حالت مستقیم (برای ولتاژهای کم‌تر).
ساختار دیود TVS
دیود TVS معمولاً از مواد نیمه‌هادی ساخته می‌شود و به‌طور معمول از دو نوع طراحی اصلی برخوردار است:
دیودهای TVS unidirectional: این نوع دیودها به‌طور خاص برای کاربردهایی طراحی شده‌اند که جریان فقط در یک جهت عبور می‌کند.
دیودهای TVS bidirectional: این نوع دیودها برای کاربردهایی طراحی شده‌اند که جریان در هر دو جهت عبور می‌کند.
این دیودها دارای یک ویژگی منحصر به فرد هستند که به آن "کلاچینگ ولتاژ" می‌گویند. به محض اینکه ولتاژ وارد شده از مقدار معینی بیشتر شود، دیود TVS وارد حالت فعال می‌شود و جریان اضافی را به زمین هدایت می‌کند تا از آسیب به مدار جلوگیری شود.
انواع دیودهای TVS
1. دیود TVS تک‌جهته (Unidirectional TVS Diodes)
این دیودها برای مدارهایی طراحی شده‌اند که فقط نیاز به محافظت در برابر ولتاژهای معکوس دارند. این دیودها معمولاً در مدارات DC استفاده می‌شوند و تنها در صورتی که ولتاژ به سمت معکوس باشد، فعال می‌شوند.
ویژگی‌ها
مناسب برای مدارهای DC
محافظت در برابر ولتاژهای معکوس
طراحی ساده و مناسب برای بیشتر کاربردهای صنعتی
2. دیود TVS دو‌جهته (Bidirectional TVS Diodes)
این دیودها برای مدارهایی طراحی شده‌اند که در آن‌ها جریان می‌تواند در هر دو جهت عبور کند، مانند مدارهای AC یا تجهیزات ارتباطی. این دیودها از هر دو ولتاژ مثبت و منفی محافظت می‌کنند.
ویژگی‌ها
محافظت در برابر ولتاژهای معکوس و مستقیم
استفاده در سیستم‌های AC و مخابراتی
عملکرد سریع در واکنش به نوسانات ولتاژی
3. دیودهای TVS SMD (Surface-Mount Diodes)
این دیودها به‌صورت سطحی نصب می‌شوند و معمولاً در دستگاه‌های کوچکتر و جمع‌وجورتر استفاده می‌شوند. دیودهای SMD معمولاً در مدارهای چاپی (PCB) قرار می‌گیرند و برای کاهش فضای مورد نیاز مناسب هستند.
ویژگی‌ها
مناسب برای دستگاه‌های جمع‌وجور
نصب آسان روی PCB
عملکرد عالی در کاربردهای صنعتی و مصرفی
4. دیودهای TVS با توان بالا (High Power TVS Diodes)
این نوع دیودها برای محافظت از تجهیزات الکترونیکی با توان بالا طراحی شده‌اند و قادر به سرکوب ولتاژهای گذرا با قدرت بالا هستند. این دیودها معمولاً در سیستم‌های قدرت و خطوط انتقال انرژی استفاده می‌شوند.
ویژگی‌ها
محافظت از تجهیزات با توان بالا
مناسب برای سیستم‌های قدرت و خطوط انتقال
مقاومت بالا در برابر ولتاژهای گذرا شدید
جدول مقایسه انواع دیودهای TVS
| نوع دیود | کاربرد اصلی | ویژگی‌ها | کاربردها |
|---|---|---|---|
| دیود TVS تک‌جهته | محافظت از مدارهای DC | عملکرد یک‌طرفه | منابع تغذیه، سیستم‌های قدرت |
| دیود TVS دو‌جهته | محافظت از مدارهای AC و مخابراتی | عملکرد دو‌طرفه | سیستم‌های ارتباطی، تجهیزات AC |
| دیود TVS SMD | مدارهای جمع‌وجور | نصب سطحی، فضای کم‌تر | دستگاه‌های مصرفی، صنعتی |
| دیود TVS با توان بالا | محافظت از تجهیزات با توان بالا | مقاومت بالا در برابر ولتاژ گذرا | سیستم‌های قدرت و خطوط انتقال |
نحوه عملکرد دیودهای TVS
عملکرد دیودهای TVS به این صورت است که در حالت عادی، ولتاژ به‌طور مستقیم از دیود عبور می‌کند. اما زمانی که ولتاژ ورودی از مقدار مشخصی بیشتر می‌شود (ولتاژ شکست)، دیود TVS وارد عمل شده و به سرعت از جریان اضافی عبور می‌کند تا از تجهیزات محافظت نماید. این کار را معمولاً از طریق هدایت جریان اضافی به زمین انجام می‌دهد.
مراحل عملکرد دیود TVS
حالت عادی: زمانی که ولتاژ در حد مجاز است، دیود TVS هیچ‌گونه مقاومتی از خود نشان نمی‌دهد و ولتاژ از آن عبور می‌کند.
ولتاژ گذرا: وقتی ولتاژ به حد آستانه می‌رسد، دیود TVS وارد عمل می‌شود و جریان اضافی را هدایت می‌کند.
حالت بازگشتی: پس از عبور ولتاژ از آستانه، دیود TVS به حالت عادی بازمی‌گردد و جریان را به‌طور طبیعی از خود عبور می‌دهد.
کاربرد دیودهای TVS
1. محافظت از تجهیزات الکترونیکی
دیودهای TVS در برابر ولتاژهای گذرا که ممکن است به مدارهای حساس آسیب برسانند، محافظت می‌کنند. این ولتاژها ممکن است ناشی از رعد و برق یا سوئیچینگ در سیستم‌های قدرت باشند.
2. کاربرد در خطوط داده و ارتباطات
دیودهای TVS می‌توانند از سیستم‌های ارتباطی و خطوط داده مانند کابل‌های شبکه، خطوط تلفن و سایر تجهیزات الکترونیکی که در معرض نوسانات و پیک‌های ولتاژی قرار دارند، محافظت کنند.
3. محافظت از مدارهای مخابراتی
در دستگاه‌های مخابراتی و تجهیزات با سیگنال‌های سریع، دیودهای TVS از سیگنال‌های ولتاژ گذرا محافظت می‌کنند و از آسیب به مدارهای حساس جلوگیری می‌کنند.
4. سیستم‌های قدرت
دیودهای TVS در سیستم‌های قدرت و برای محافظت از تجهیزات در برابر نوسانات ناشی از سوئیچینگ‌ها یا رعد و برق به کار می‌روند.
مزایای استفاده از دیودهای TVS
1. محافظت سریع و مؤثر
دیودهای TVS می‌توانند به سرعت در برابر نوسانات ولتاژ واکنش نشان دهند و از آسیب به مدار جلوگیری کنند.
2. حفاظت از تجهیزات حساس
این دیودها به‌ویژه برای محافظت از مدارهای حساس مانند میکروپردازنده‌ها، سنسورها و تجهیزات ارتباطی مناسب هستند.
3. کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری
با استفاده از دیودهای TVS، می‌توان از خرابی‌های ناشی از نوسانات ولتاژ جلوگیری کرد و در نتیجه هزینه‌های تعمیر و نگهداری تجهیزات کاهش می‌یابد.
سوالات متداول
1. دیودهای TVS چه زمانی وارد عمل می‌شوند؟
دیودهای TVS زمانی وارد عمل می‌شوند که ولتاژ ورودی به حد آستانه‌ای برسد که برای محافظت از مدار لازم است.
2. تفاوت دیود TVS تک‌جهته و دو‌جهته چیست؟
دیودهای TVS تک‌جهته فقط در مقابل ولتاژهای معکوس محافظت می‌کنند، در حالی که دیودهای TVS دو‌جهته در برابر ولتاژهای معکوس و مستقیم محافظت می‌کنند.
3. چرا از دیودهای TVS برای محافظت استفاده می‌شود؟
دیودهای TVS می‌توانند ولتاژهای گذرا و نوسانات ناگهانی را به سرعت جذب کنند و از آسیب به مدارها جلوگیری نمایند.
منبع
- "TVS Diodes: Protection for Your Electronics" Texas Instruments