सर्किट सुरक्षा के लिए टीवीएस डायोड के चयन और उपयोग के लिए इंजीनियर की मार्गदर्शिका

ट्रांजिएंट वोल्टेज सप्रेसर (टीवीएस) डायोड का एक व्यापक अवलोकन, जिसमें उनकी कार्यप्रणाली, प्रमुख अनुप्रयोग और सर्किट सुरक्षा के लिए सही डायोड का चयन करने के लिए चरण-दर-चरण मार्गदर्शिका शामिल है।

टीवीएस डायोड क्या है? क्षणिक वोल्टेज दमनकर्ताओं के लिए एक मार्गदर्शिका
ट्रांजिएंट वोल्टेज सप्रेसर (TVS) डायोड विशेष प्रकार के अर्धचालक घटक होते हैं जिन्हें संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को वोल्टेज स्पाइक्स और क्षणिक घटनाओं से बचाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। ये डायोड सर्किट के लिए "शॉक एब्जॉर्बर" की तरह काम करते हैं, अतिरिक्त वोल्टेज को सुरक्षित स्तर पर नियंत्रित करते हैं और हानिकारक करंट को नाजुक इंटीग्रेटेड सर्किट (IC) से दूर ग्राउंड की ओर मोड़ देते हैं।

सर्किट सुरक्षा के लिए टीवीएस डायोड का उपयोग क्यों करें?
वोल्टेज ट्रांजिएंट्स—ऊर्जा में अचानक, संक्षिप्त उछाल—कई घटनाओं के कारण हो सकते हैं, जिनमें शामिल हैं:
√मानव संपर्क से उत्पन्न विद्युतस्थैतिक निर्वहन (ईएसडी)
√प्रेरक लोड स्विचिंग (मोटर, रिले)
√बिजली गिरने और तीव्र विद्युत परिवर्तन (ईएफटी)
√ऑटोमोटिव सिस्टम में आर्क डिस्चार्ज और लोड डंप
ये घटनाएं अक्सर अप्रत्याशित होती हैं और घटकों को तुरंत नुकसान पहुंचा सकती हैं या उनकी कार्यक्षमता को कम कर सकती हैं। टीवीएस डायोड बचाव की पहली पंक्ति प्रदान करते हैं, जो इन स्पाइक्स को नियंत्रित करने के लिए पिकोसेकंड में प्रतिक्रिया करते हैं।

टीवीएस डायोड के प्रमुख लाभ:
√अत्यंत त्वरित प्रतिक्रिया समय
√उच्च पीक पल्स करंट को संभालने की क्षमता
√बेहतर ऊर्जा अवशोषण के लिए बड़ा पीएन जंक्शन
√एकदिशीय और द्विदिशीय विन्यासों में उपलब्ध है

टीवीएस डायोड के सामान्य अनुप्रयोग
आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरणों की एक विशाल श्रृंखला की सुरक्षा के लिए टीवीएस डायोड महत्वपूर्ण हैं:
√माइक्रोप्रोसेसर और एमओएस मेमोरी
√दूरसंचार उपकरण और 5G अवसंरचना
√एसी पावर लाइन सुरक्षा
√उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स (स्मार्टफोन, लैपटॉप, पहनने योग्य उपकरण)
√ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स (ईसीयू, सीएएन बस, इंफोटेनमेंट सिस्टम)
√औद्योगिक नियंत्रण प्रणाली (पीएलसी, सेंसर)

टीवीएस डायोड कैसे काम करता है?
एक टीवीएस डायोड आमतौर पर उस सर्किट या कंपोनेंट के समानांतर स्थापित किया जाता है जिसकी वह सुरक्षा कर रहा होता है। सामान्य ऑपरेटिंग वोल्टेज पर, यह उच्च प्रतिबाधा (ओपन सर्किट) प्रदर्शित करता है और किसी प्रकार का व्यवधान उत्पन्न नहीं करता है।
जब क्षणिक वोल्टेज स्पाइक डायोड के ब्रेकडाउन वोल्टेज (Vbr) से अधिक हो जाता है, तो यह कम प्रतिबाधा (क्लोज्ड सर्किट) की स्थिति में चला जाता है। यह क्रिया वोल्टेज को एक सुरक्षित, पूर्व निर्धारित स्तर (क्लैंपिंग वोल्टेज, Vc) पर स्थिर कर देती है और संभावित रूप से विनाशकारी करंट पल्स को सुरक्षित रूप से ग्राउंड में भेज देती है।

टीवीएस डायोड का चयन कैसे करें: चरण-दर-चरण प्रक्रिया

एक साधारण सूची से आगे बढ़ते हुए, अपने अनुप्रयोग के लिए सर्वोत्तम टीवीएस डायोड का चयन करने के लिए इस व्यावहारिक, क्रमांकित प्रक्रिया का पालन करें।

चरण 1: अपने सर्किट के सामान्य परिचालन वोल्टेज (Vop) की पहचान करें
सामान्य परिचालन के दौरान आपके परिपथ को प्राप्त होने वाला अधिकतम स्थिर-अवस्था वोल्टेज ज्ञात कीजिए। 12V डीसी रेल के लिए, Vop का मान 12V होगा।

चरण 2: स्टैंडऑफ वोल्टेज (Vrwm) निर्धारित करें
एक ऐसे टीवीएस डायोड का चयन करें जिसकारिवर्स स्टैंडऑफ वोल्टेज (वीआरडब्ल्यूएम)यह आपके सर्किट के अधिकतम ऑपरेटिंग वोल्टेज से थोड़ा ऊपर है। एक अच्छा सामान्य नियम यह है:
Vrwm ≥ 1.1 * Vop
हमारे 12V सिस्टम के लिए, आपको कम से कम 13.3V के Vrwm वाले TVS डायोड की आवश्यकता होगी। 15V वाला डायोड आमतौर पर उपयुक्त होता है। इससे यह सुनिश्चित होता है कि सामान्य संचालन के दौरान TVS पूरी तरह से बंद रहे।

चरण 3: खतरे और उसके ऊर्जा स्तर (आईपीपी) को परिभाषित करें
उस क्षणिक स्थिति के प्रकार और तीव्रता की पहचान करें जिसे आपके सर्किट को सहन करने की आवश्यकता है। यह अंतरराष्ट्रीय मानकों द्वारा परिभाषित किया गया है (उदाहरण के लिए, ईएसडी के लिए आईईसी 61000-4-2, सर्ज के लिए आईईसी 61000-4-5)।

• ईएसडी हड़ताल:इसमें 30A (8kV HBM) की अधिकतम धारा को संभालने की आवश्यकता हो सकती है।

• बिजली का झटका:इसमें सैकड़ों एम्पियर की अधिकतम धारा को संभालने की आवश्यकता हो सकती है।
  टीवीएस डायोड कापीक पल्स करंट (आईपीपी)रेटिंग अपेक्षित सर्ज करंट से अधिक होनी चाहिए।

चरण 4: क्लैम्पिंग वोल्टेज (Vc) की जाँच करें
यह संरक्षित आईसी के कार्य करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर है। इसके लिए टीवीएस डायोड की डेटाशीट देखें।क्लैम्पिंग वोल्टेज (Vc)चरण 3 से परिकलित आईपीपी पर।
Vc उस घटक के अधिकतम सहन वोल्टेज से कम होना चाहिए जिसकी आप सुरक्षा कर रहे हैं।
यदि आपके माइक्रोकंट्रोलर का अधिकतम पिन वोल्टेज 20V है, तो वोल्टेज में अचानक वृद्धि के दौरान Vc इस सीमा से नीचे होना चाहिए, और एक सुरक्षित मार्जिन होना चाहिए।

टीवीएस डायोड के प्रकार और उनके अनुप्रयोग
1. एकदिशीय बनाम द्विदिशीय टीवीएस डायोड
√एकदिशीय: एक ध्रुवता में वोल्टेज स्पाइक्स से सुरक्षा प्रदान करता है। डीसी पावर रेल सुरक्षा के लिए आदर्श।
√द्विदिशात्मक: धनात्मक और ऋणात्मक दोनों दिशाओं में अतिवोल्टेज से सुरक्षा प्रदान करता है। एसी लाइन सुरक्षा और डेटा/सिग्नल लाइनों के लिए उपयोग किया जाता है।

2. वोल्टेज विनियमन और कम ऊर्जा क्लैम्पिंग के लिए ज़ेनर डायोड
हालांकि ज़ेनर डायोड का उपयोग अक्सर वोल्टेज विनियमन के लिए किया जाता है, लेकिन वे उच्च गति वाली डेटा लाइनों पर कम ऊर्जा वाले ईएसडी सुरक्षा के लिए टीवीएस उपकरणों के रूप में भी काम कर सकते हैं।
3. ऑटोमोटिव टीवीएस डायोड
ये वाहनों के कठोर विद्युत वातावरण को झेलने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, जिनमें लोड डंप और जंप-स्टार्ट जैसी घटनाएं शामिल हैं। ये संवेदनशील ईसीयू, सेंसर और इंफोटेनमेंट सिस्टम की सुरक्षा करते हैं।
4. ईएसडी सुरक्षा डायोड
इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज (ईएसडी) के प्रति अति-तेज़ प्रतिक्रिया के लिए अनुकूलित एक विशेष प्रकार का टीवीएस डायोड, जिसका उपयोग आमतौर पर यूएसबी पोर्ट, एचडीएमआई लाइन और अन्य बाहरी इंटरफेस पर किया जाता है।
5. टीवीएस डायोड ऐरे (मल्टी-लाइन प्रोटेक्शन)
एक ऐसा घटक जो एक साथ कई I/O लाइनों को ESD और अन्य क्षणिक परिवर्तनों से सुरक्षित रखता है, जिससे जटिल प्रणालियों में बोर्ड की जगह की बचत होती है।

टीवीएस डायोड की तुलना अन्य सुरक्षा उपकरणों से करना

सही निर्णय लेने के लिए, यह समझना महत्वपूर्ण है कि टीवीएस डायोड अन्य सामान्य सर्किट सुरक्षा घटकों की तुलना में कैसे काम करते हैं।