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工业控制系统TVS防护实战指南-ASIM阿赛姆
阿赛姆电子 | 2025-11-28 11:09:05    阅读:11   发布文章

一、PLC数字输入端口保护案例
某冶金厂PLC系统DI模块频繁损坏,故障现象为光耦输入端击穿。现场检测发现:
  • 布线长度:平均80米
  • 干扰源:大功率变频器、继电器线圈
  • 浪涌波形:1.2/50μs组合波,峰值电压达2kV
解决方案:
  1. 每路输入信号并联双向TVS二极管SMBJ33CA
  2. VRWM=33V,VC=53.3V@Ipp=7.5A
  3. 配合RC低通滤波器(10Ω+1nF)
  4. TVS接地端直接连接大面积地平面,走线长度<5mm
实施效果:系统运行两年后,DI模块故障率从每月3次降至零。TVS响应时间<1ps,有效钳制浪涌电压在50V以内,保护后端光耦。
二、电机驱动电路缓冲设计
在48V直流电机驱动电路中,MOSFET关断时产生振铃电压峰值达120V,超过器件100V耐压限值。采用RCD缓冲电路:
  • 电阻:10Ω/2W
  • 电容:1nF/250V
  • 二极管:快恢复二极管UF4007
升级为TVS增强方案:在RCD网络并联阿赛姆TVS管SMCJ60CA,Pppm=1500W,VC=96.8V@Ipp=15.5A。测试显示MOSFET关断尖峰降至85V,开关损耗降低15%。
三、布线设计三大原则
原则1:最短路径布局TVS到被保护器件的走线电感需控制在5nH以下,对应长度不超过3mm。每增加10mm走线,钳位电压上升约5%。
原则2:独立接地过孔TVS接地引脚应单独打3个以上接地过孔,直接连接主地平面。避免与其他器件共用接地路径,防止地弹效应。
原则3:阻抗匹配高速信号线上TVS的焊盘尺寸需按50Ω阻抗设计,防止信号反射。建议采用0402/0201超小型封装,减少寄生参数。


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