TVS دیود چیست؟ نقش آن در حفاظت در برابر نوسانات

زمان مطالعه: در حال محاسبه...

share icon
واتساپ واتساپ تلگرام تلگرام ایتا ایتا بله بله
لینک با موفقیت کپی شد!
نظرت چیه؟

فهرست مطالب

مقدمه

اگر تا به حال دستگاهی الکترونیکی در اثر نوسان ناگهانی برق سوخته باشد، احتمالاً نبود TVS دیود دلیلش بوده! این قطعه کوچک اما حیاتی، همان محافظ نامرئی مدار است که جلوی افزایش ناگهانی ولتاژ و شوک‌های الکتریکی را می‌گیرد.
TVS دیود (Transient Voltage Suppression Diode) نوعی دیود ویژه است که هنگام افزایش ناگهانی ولتاژ، به‌سرعت هدایت می‌کند تا انرژی اضافی را تخلیه کرده و از آسیب به قطعات حساس جلوگیری کند. این قطعه معمولاً در ورودی تغذیه، خطوط ارتباطی و پورت‌های داده (مانند USB یا RS-485) استفاده می‌شود. بر خلاف دیود زنر، TVS دیود برای واکنش بسیار سریع در برابر پالس‌های گذرا طراحی شده و یکی از مؤثرترین راهکارهای حفاظت در برابر نوسانات ولتاژ است.

در ادامه، ساختار، نحوه عملکرد، انواع، نحوه تست و انتخاب این قطعه ارزشمند را به‌صورت جامع بررسی می‌کنیم.

چرا نوسانات برق خطرناک‌اند؟

در مدارهای امروزی، قطعات الکترونیکی مانند میکروکنترلرها، حافظه‌ها، تراشه‌های مخابراتی و سنسورها بسیار حساس‌تر از گذشته‌اند. حتی یک نوسان کوتاه‌مدت در حد چند میکروثانیه می‌تواند عملکرد آن‌ها را مختل کرده یا باعث خرابی کامل شود.
منشأ این نوسانات می‌تواند صاعقه، تخلیه الکترواستاتیکی (ESD)، قطع و وصل بارهای القایی یا حتی سوئیچینگ منابع تغذیه باشد. برای مقابله با این پدیده‌ها، طراحان مدار از دیودهای TVS استفاده می‌کنند که مانند سپر ضربه‌گیر ولتاژ عمل می‌کنند.

TVS دیود چیست؟

عکس دیودهای TVS مدل 1.5KE، حفاظت در برابر ولتاژ گذرا در برد الکترونیکی.

TVS (Transient Voltage Suppressor) Diode به معنی “دیود مهارکننده ولتاژ گذرا” است.این قطعه نیمه‌هادی برای محافظت لحظه‌ای در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ طراحی شده است.در حالت عادی، TVS دیود مانند یک مدار باز عمل می‌کند و هیچ تأثیری بر سیگنال یا ولتاژ ندارد.اما زمانی که ولتاژ از حد مجاز عبور کند (بیش از ولتاژ شکست دیود)، TVS دیود بلافاصله هدایت کرده و مسیر تخلیه جریان اضافی را به زمین باز می‌کند. پس از رفع نوسان، مجدداً به حالت اولیه بازمی‌گردد.

ساختار داخلی و نحوه عملکرد

TVS دیود از نظر ساختار بسیار شبیه دیود زنر است، اما از نظر سرعت پاسخ و توان جذب انرژی بسیار قوی‌تر عمل می‌کند.

اجزای داخلی اصلی:

  1. پیوند PN یا Zener طراحی‌شده برای شکست سریع

  2. پوشش اپوکسی یا فلزی برای تحمل حرارت و شوک

  3. دو پایه برای نصب موازی با بار یا مسیر سیگنال

زمان واکنش TVS دیود در حد نانوثانیه (ns) است، در حالی که سایر قطعات حفاظتی مانند واریستورها کندتر عمل می‌کنند.

انواع TVS دیود و مقایسه آن‌ها

نمادهای دیود TVS یک جهته و دو جهته برای حفاظت ولتاژ گذرا در مدار.

TVS دیودها در دو گروه اصلی ساخته می‌شوند:

نوع دیودساختارولتاژ کاریقطبیتکاربرد اصلیسرعت پاسخشکل بسته‌بندی
Unidirectionalدیود یک‌طرفهDCتک‌قطبیمحافظت از تغذیه DC و خطوط توانبسیار سریعSMA, SMB, SMC
Bidirectionalدو دیود زنر متقارنAC و سیگنالدو‌قطبیپورت‌های داده، خطوط ارتباطی، USB، RS-485بسیار سریعSMBJ, SMCJ, DO-214

🔹 دیودهای یک‌طرفه (Unidirectional) معمولاً برای محافظت در مدارهای تغذیه DC استفاده می‌شوند.
🔹 دیودهای دوطرفه (Bidirectional) برای محافظت از سیگنال‌های AC یا داده مناسب‌اند، چون در هر دو جهت پاسخ می‌دهند.

نحوه عملکرد TVS دیود در برابر نوسانات

نمودار عملکرد دیود TVS در مهار سریع نوسانات ولتاژ گذرا برد.

عملکرد TVS دیود را می‌توان در سه مرحله خلاصه کرد:

  1. حالت عادی: دیود خاموش است، مقاومت بالا دارد و روی مدار تأثیری نمی‌گذارد.

  2. حالت اضافه ولتاژ: به‌محض عبور ولتاژ از حد شکست، هدایت کرده و جریان اضافی را تخلیه می‌کند.

  3. بازگشت به حالت عادی: پس از پایان پالس، دیود خاموش می‌شود و مدار به وضعیت عادی بازمی‌گردد.

مثال کاربردی:
در پورت USB لپ‌تاپ، اگر کاربر ناگهان وسیله‌ای متصل کند که باعث نوسان شود، TVS دیود بلافاصله عمل کرده و از سوختن کنترلر USB جلوگیری می‌کند.

تفاوت TVS دیود با دیود زنر و واریستور

تفاوت ظاهری سه قطعه حفاظت الکترونیکی: دیود TVS، دیود زنر و واریستور.
ویژگیTVS دیوددیود زنرواریستور (MOV)
زمان پاسخنانوثانیهمیکروثانیهمیلی‌ثانیه
توان تحمل پالسزیادمتوسطزیاد
کاربردحفاظت لحظه‌ایتثبیت ولتاژحفاظت از برق شهری
عمر مفیدبالابالامحدود
نوع ولتاژ قابل محافظتDC و ACDCAC

بنابراین، TVS دیود سریع‌تر از واریستور و قدرتمندتر از زنر است؛ ترکیب ایده‌آلی برای محافظت خطوط حساس.

روش تست و تشخیص TVS دیود خراب

برای تست این دیود می‌توان از مولتی‌متر یا منبع تغذیه قابل تنظیم استفاده کرد:

  1. تست با مولتی‌متر: در حالت دیود، مقدار افت ولتاژ باید مشابه دیود معمولی باشد (حدود 0.6 تا 0.7 ولت برای نوع یک‌طرفه).

  2. تست ولتاژ شکست: اگر در ولتاژ کمتر از مقدار مشخص‌شده شروع به هدایت کند، خراب شده است.

  3. تست ظاهری: تغییر رنگ، ترک یا سوختگی روی بدنه نشانه آسیب است.

توجه: پس از جذب چند پالس قوی، ممکن است TVS دیود تضعیف شود؛ پس بهتر است در مدارهای حساس دوره‌ای تعویض شود.

کاربردهای TVS دیود در صنعت و الکترونیک

TVS دیود در گستره وسیعی از کاربردها استفاده می‌شود، از جمله:

  1. خطوط USB، RS-485، CAN و Ethernet

  2. ورودی تغذیه آداپتورها و منبع تغذیه سوئیچینگ

  3. محافظت در سیستم‌های خودرویی (12V و 24V)

  4. بردهای مخابراتی و سیستم‌های RF

  5. تجهیزات پزشکی و ابزار دقیق

  6. مدارات IoT و رزبری‌پای

در سیستم‌های خودرویی، به‌خصوص در ECU و سنسورهای ABS، TVS دیود نقش حیاتی دارد و مانع از آسیب در زمان استارت یا قطع بارهای القایی می‌شود.

نکات مهم در انتخاب TVS دیود مناسب

در انتخاب TVS دیود باید پارامترهای زیر در نظر گرفته شود:

  1. ولتاژ شکست (Breakdown Voltage): کمی بالاتر از ولتاژ کاری مدار انتخاب شود.

  2. ولتاژ Clamping: حداکثر ولتاژی که دیود اجازه عبور آن را می‌دهد.

  3. جریان پالس (Peak Pulse Current): مقدار جریانی که می‌تواند برای چند میکروثانیه تحمل کند.

  4. توان پالس (Peak Pulse Power): با واحد وات (W) مشخص می‌شود.

  5. نوع قطبیت: یک‌طرفه یا دوطرفه، متناسب با نوع سیگنال مدار.

  6. بسته‌بندی: بسته به جریان و فضای برد، انواع SMD یا DIP در دسترس است.

نمونه‌های متداول:

  • SMBJ5.0A → برای 5 ولت DC

  • SMBJ12CA → برای خطوط 12 ولت دوطرفه

  • SMCJ24A → برای کاربردهای 24 ولتی صنعتی

سؤالات متداول

1. آیا TVS دیود همان دیود زنر است؟

خیر، اگرچه از نظر ساختاری شبیه‌اند، اما TVS دیود برای پاسخ سریع به پالس‌های گذرا طراحی شده است، نه تثبیت ولتاژ.

2. TVS دیود چند بار قابل استفاده است؟

تا زمانی که پالس‌های در محدوده توان نامی باشند، می‌تواند بارها عمل کند. اما شوک‌های شدید ممکن است باعث خرابی شود.

3. آیا باید TVS دیود را با فیوز ترکیب کرد؟

بله، در طراحی‌های حرفه‌ای معمولاً TVS در کنار فیوز یا مقاومت سری قرار می‌گیرد تا حفاظت چندلایه ایجاد شود.

4. در چه دمایی کار می‌کند؟

معمولاً از -۵۵ تا +۱۵۰ درجه سانتی‌گراد، بسته به مدل و بسته‌بندی.

نکات طراحی مدار با TVS دیود

  • دیود را نزدیک به محل ورود سیگنال یا منبع تغذیه نصب کنید.

  • مسیر زمین باید کوتاه و مستقیم باشد تا تخلیه سریع انجام شود.

  • برای خطوط داده با سرعت بالا از TVS با ظرفیت خازنی پایین استفاده کنید.

  • در سیستم‌های ۳.۳ ولتی حتماً از TVS مخصوص ولتاژ پایین استفاده کنید تا نویز ایجاد نکند.

جمع‌بندی: چرا TVS دیود برای حفاظت مدار ضروری است

TVS دیود یکی از مؤثرترین و سریع‌ترین ابزارهای حفاظت مدار در برابر نوسانات ولتاژ است. این قطعه کوچک، با واکنش در حد نانوثانیه، شوک‌های ناگهانی را تخلیه کرده و از سوختن قطعات گران‌قیمت جلوگیری می‌کند. انتخاب درست نوع دیود (یک‌طرفه یا دوطرفه) و ولتاژ مناسب، تفاوت بین مدار پایدار و مدار آسیب‌پذیر را رقم می‌زند.

پس اگر در طراحی‌های خود به‌دنبال محافظی مطمئن، سریع و کم‌هزینه هستید، TVS دیود همان سپر الکترونیکی شماست.

لطفا میزان رضایت خود را از این مطلب اعلام کنید؟

از 1 تا 5 ستاره به این مطلب امتیاز دهید.

این مطلب تاکنون 0 رأی با میانگین 0 از ۵ ستاره کسب کرده است.

اولین نفر باشید که به این مطلب امتیاز می دهد.

کالاهای پیشنهادی

Placeholder

A3120

۱۲۰,۰۰۰ تومان
افزودن به علاقه مندی
افزودن به سبد خرید
مشاهده سریع

    دیدگاهتان را بنویسید

    جدیدترین محصولات