באילו דיודות נעשה שימוש נפוץ להגנה על זרם נחשולים ברשתות הפצה?

一, דיודת TVS: ליבת הגנה מדויקת עם תגובה ברמת אלפיות השנייה
1. מאפייני המכשיר ועקרון העבודה
דיודות TVS (מדכא מתח חולף) מתוכננות על סמך אפקט התמוטטות מפולת, ויתרונות הליבה שלהן טמונים במהירות תגובה של ננו-שניות (פחות או שווה ל-1 × 10 ⁻¹ ² שניות) ובקרת מתח הידוק מדויקת. כאשר המתח החולף חורג ממתח ההתמוטטות שלו (VBR), המכשיר עובר במהירות ממצב התנגדות גבוהה למצב התנגדות נמוכה, ומהדק את המתח בטווח בטוח (ערך VC) על ידי הסטת זרמים גדולים. מקדם ההידוק הטיפוסי (VC/VBR) הוא 1.2-1.4. לדוגמה, צינור ה-TVS מסדרת P0640SC יכול לעמוד בזרמי שיא של אלפי אמפר ומתחים נמוכים עד למאות וולט, מה שהופך אותו למתאים להגנה ברשתות הפצה במתח גבוה של 600V/800V.

2. פרמטרים מרכזיים לבחירה
מתח ניתוק הפוך (VRMM): הוא צריך להיות גבוה פי 1.1-1.2 ממתח הפעולה הרגיל של המעגל. לדוגמה, מערכת 120V דורשת שימוש במכשירים עם VRMM גדול או שווה ל-132V.
כוח דופק שיא (PPP): מחושב על סמך אנרגיית נחשול, כגון PPP גדול או שווה ל-E (אנרגיית נחשול)/VC מתחת לצורת גל של 8/20 מיקרון שניות.
קיבול צומת (CJ): יש לבחור התקני קיבול נמוך (כגון 0.1-10pF) עבור קווי אות בתדר גבוה כדי למנוע הנחתה של האות. לדוגמה, ממשק ה-USB 3.0 דורש שימוש בצינורות TVS עם CJ של פחות או שווה ל-0.3pF.
3. תרחישי יישום אופייניים
כניסת חשמל למרכז נתונים: צינורות TVS מסדרת SMBJ משמשים לבניית הגנה בשלוש רמות-. הרמה הראשונה משתמשת בהתקני הספק- גבוהים (כגון 1500W) כדי לספוג עליות אנרגיה גדולות, והרמה השלישית משתמשת בהתקני קיבול נמוך (כגון 500W) כדי להגן על שבבים רגישים.
צד DC של מהפך פוטו-וולטאי: צינורות TVS מקבילים מחוברים במערכת DC 1000V כדי לדכא מתח יתר חולף הנגרם על ידי כיסוי ענן או מיתוג מערך.
2, צינור פריקת מוליכים למחצה (TSS): הגנה על עמוד השדרה עבור קיבולת זרם גבוהה
1. מאפייני המכשיר ועקרון העבודה
TSS (מדכאי נחשולי תיריסטורים) מאמץ מבנה PNPN ארבע שכבות, המשלב את מאפייני המיתוג של תיריסטורים עם מוליכות חד-כיוונית של דיודות. יתרונות הליבה שלו נעוצים בסובלנות הנחשולים הגבוהה ביותר שלו (עד עשרות קילואמפר) ובמאפייני המתח הנמוך (ערך VC טיפוסי פחות או שווה פי 2 VBR). לדוגמה, ה-TSS מסדרת P0640SC יכול לעמוד בפני נחשולי מתח של 20kA ומתח שיורי מתחת ל-800V תחת צורת גל של 8/20 מיקרומטר שניות, מה שהופך אותו למתאים להגנה על קווי עמוד השדרה של רשת הפצה במתח גבוה.

2. פרמטרים מרכזיים לבחירה
מתח התמוטטות (VBO): הוא צריך להתאים למתח הנומינלי של המערכת, כגון בחירת מכשירים עם VBO=12-15kV עבור מערכת 10kV.
כושר נשיאה נוכחי (Ipp): בהתבסס על רמת הסיכון לברקים, יש לבחור מכשירים עם Ipp גדול מ-50kA או שווה ל-50kA עבור אזורי סופת רעמים חזקים.
זמן תגובה: ערך טיפוסי פחות או שווה ל-100ns, דורש תיאום עם שפופרת TVS כדי להשיג הגנה מדורגת.
3. תרחישי יישום אופייניים
קצה תחנת משנה נכנסת: שיטת הגנה מורכבת של TSS ו-MOV בסדרה מאומצת, כאשר TSS הוא השלב הראשון לספוג עליות אנרגיה גבוהות-ו-MOV כשלב השני להגבלת המתח השיורי.
קו איסוף חוות רוח: TSS מקביל במסוף כבל 35kV כדי לדכא מתח יתר שנגרם מהפעלת כבל.
3, Varistor (MOV): הגנה אוניברסלית חסכונית ויעילה
1. מאפייני המכשיר ועקרון העבודה
MOV (Metal Oxide Varistor) משתמש בתחמוצת אבץ כחומר העיקרי ומשיג פונקציה של הגבלת מתח באמצעות מאפייני וולט אמפר לא ליניאריים. יתרונות הליבה שלו טמונים ביעילות-עלות גבוהה ובקיבולת זרם גבוהה (עד כמה מאות קילואמפר לשבב), אך ישנה אפקט הזדקנות (ירידה בביצועים לאחר שימוש-לטווח ארוך). לדוגמה, ה-14D471K MOV יכול לעמוד בנחשול של 40kA תחת צורת גל של 8/20 מיקרון שניות והוא מתאים להגנה סופית ברשתות הפצה- של מתח נמוך.

2. פרמטרים מרכזיים לבחירה
רגיש למתח (V1mA): זה צריך להיות גבוה ממתח הפעולה הרציף המרבי של המעגל, כגון בחירת התקנים עם V1mA גדול או שווה ל-320V עבור מערכת 220V.
קיבולת נוכחית: על פי רמת הסיכון לברקים, הגנת Class C דורשת Iimp גדול או שווה ל-65kA (צורת גל 10/350 מיקרו-שניות).
זרם דליפה: ערך טיפוסי פחות או שווה ל-20 μA, נדרשת בדיקה קבועה כדי למנוע הזדקנות וכשל.
3. תרחישי יישום אופייניים
תיבת חלוקה למגורים: אימוץ MOV לבניית הגנה של שלוש-רמות, הרמה הראשונה מתקינה התקני אנרגיה גבוהה-(כגון 20kA) בקצה הקו הנכנס הראשי, והרמה השלישית מתקינה התקני הספק-נמוכים (כגון 2kA) במעגל השקע.
ארון בקרת מנוע תעשייתי: MOV מקביל בקצה הקלט של ממיר התדרים כדי לדכא מתח יתר חולף הנגרם מעצירת התנעה של המנוע.
4, אסטרטגיית בנייה של מערכת הגנה מרובה-
1. עקרון הגנה מדורגת
אימוץ ערכת שילוב של "הגנה גסה+הגנה עדינה":

רמה 1 (הגנה גסה): התקן TSS או MOV-באנרגיה גבוהה בכניסה למערכת כדי לספוג עליות אנרגיה גדולות (כגון פגיעות ברק).
רמה שנייה (הגנה מדויקת): התקן צינורות TVS בקצה הקדמי של הציוד כדי להגביל את המתח השיורי לרמה בטוחה (כגון מתחת לערך המתח של השבב).
רמה שלישית (הגנה מקומית): חבר צינורות TVS בהספק-נמוך במקביל לצד רכיבים רגישים כדי לספק הגנה סופית.
2. נקודות מפתח לתיאום פרמטרים
תיאום אנרגיה: ודא שהמכשירים הקדמיים-סופגים אנרגיה גדולה מ-80% או שווה ל-80% מכלל אנרגיית הנחשולים כדי למנוע עומס יתר של המכשירים האחוריים-.
תיאום מתח: יש להפחית בהדרגה את ערך ה-VC של כל רמה של התקן כדי ליצור "הגנה על שיפוע". לדוגמה, ה-VC ברמה הראשונה היא 1500V, ה-VC ברמה השנייה היא 800V, וה-VC ברמה השלישית היא 400V.
תיאום זמן: נצל את ההבדל בזמן התגובה של המכשיר (TSS ≈ 100ns, TVS ≈ 1ns) כדי להשיג תגובה מהירה.