1. 개요
제너 다이오드와 TVS(Transient Voltage Suppression) 다이오드는 모두 과전압 보호를 위한 다이오드이지만, 목적과 동작 원리에서 차이가 있습니다.
TVS 다이오드 원리를 이용하여 회로에서 발생할 수 있는 일시적인 과전압을 흡수하고 회로를 보호하는 역할을 합니다.
이 다이오드는 전압이 급격하게 상승할 때 발생하는 전압 서지나 전압 펄스에 반응하여 작동합니다.
일반적으로 TVS 다이오드 원리로 인해 장치의 정상 작동 전압을 초과하는 전압이 회로에 인가될 때 동작하며, 과전압을 흡수하여 전자 장치를 손상으로부터 보호합니다.
TVS 다이오드는 역전압이 일시적으로 상승할 때 과전압을 흡수하고 회로에 안정성을 유지합니다.
주로 전압 서지나 전류 서지와 같은 일시적인 과전압 상황에서 작동하며, 회로를 보호하는 역할을 합니다.
이러한 TVS 다이오드 원리를 이용하여 일시적인 과전압 변화에 대응하여 회로를 보호하는 데 사용됩니다.
반면에 제너 다이오드는 역방향 전압이 특정 값(VZ)을 초과할 때 전류를 제한하여 안정화된 출력 전압을 유지합니다.
주로 전원 회로에서 사용되며, 입력 전압의 변동이나 스파이크에 대응하여 안정된 출력 전압을 유지하는 역할을 합니다.
요약하면, 제너 다이오드는 일정한 전압을 유지하는 데 사용되는 반면 TVS 다이오드는 일시적인 과전압을 회로에서 제거하는 데 사용됩니다. 따라서 회로 보호의 목적과 적용되는 전압 변화에 따라 두 다이오드가 선택됩니다.
TVS 다이오드 원리를 이용하여 전원 라인, 통신 회로, 전자 장치 등 다양한 응용 분야에서 사용되며, 전압이 급격하게 변할 때 발생할 수 있는 전압 스파이크나 서지로부터 회로를 보호하는 데 효과적으로 사용됩니다.
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2. TVS 다이오드 원리
TVS(Transient Voltage Suppression) 다이오드의 동작 원리는 다음과 같습니다.
- 정상 작동 상태 (OFF 상태): TVS 다이오드는 일반적으로 정상 작동 시에는 전압이 낮아서 다이오드가 OFF 상태에 있습니다.
이때 TVS 다이오드는 회로에서 일정한 리크 전류만을 흐르게 됩니다. - 과전압 발생 시 (ON 상태): 회로에 과전압이 발생하면 TVS 다이오드가 전압 클램핑을 시작합니다.
과전압은 일시적인 전압 스파이크 또는 서지 형태로 나타날 수 있습니다.
TVS 다이오드는 이러한 과전압을 감지하고 ON 상태로 전환됩니다. - 전압 클램핑: TVS 다이오드가 ON 상태로 전환되면 다이오드의 역방향 특성에 따라 과전압을 클램핑합니다.
이는 과전압이 후단의 회로나 장치에 영향을 미치지 않도록 합니다.
TVS 다이오드는 과전압을 안정적인 수준으로 유지하여 회로에 손상을 방지합니다. - 펄스 전류 흡수: 과전압이 클램핑되면 TVS 다이오드가 펄스 전류를 흡수합니다.
이는 회로에 흐르는 고 에너지 펄스를 다이오드로 흡수하여 회로의 부품이나 장치가 손상되는 것을 방지합니다.
이렇게 TVS 다이오드 원리는 과전압 이벤트가 발생할 때 빠르게 반응하여 회로를 보호하고, 안정성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.
3. TVS 다이오드 극성
TVS 다이오드의 극성은 회로에서 어떻게 전압을 클램핑하고 어느 방향으로 전류를 허용하는지에 따라 달라집니다.
- 단방향 TVS 다이오드 (Unidirectional TVS Diode)
이 유형의 TVS 다이오드 원리는 한 방향으로만 동작합니다.
즉, 주로 하나의 방향으로만 전류를 허용하고, 다른 방향으로는 전류를 차단합니다.
전류가 허용되는 방향에서는 일반적으로 역전압을 클램핑하여 회로의 부품이나 장치를 보호합니다.
역전압 클램핑은 주로 단방향 TVS 다이오드의 주요 기능 중 하나입니다. - 양방향 TVS 다이오드 (Bidirectional TVS Diode)
양방향 TVS 다이오드 원리는 양쪽으로 전류를 허용합니다.
이것은 즉, 양쪽 방향에서 모두 전류가 흐릅니다.
양방향 TVS 다이오드는 양쪽 방향으로 전압을 클램핑하고, 양쪽 방향의 과전압을 제거하는 데 사용됩니다.
이는 회로에 나타나는 양쪽 방향의 과전압에 대응하기 위한 것입니다.
단방향 TVS 다이오드 원리는 주로 하나의 방향으로만 과전압 보호가 필요한 경우에 사용되며, 양방향 TVS 다이오드 원리는 양쪽 방향으로 과전압 보호가 필요한 경우에 사용됩니다.
따라서 회로의 요구 사항에 따라 적절한 TVS 다이오드를 선택하여 전자 장치를 효과적으로 보호할 수 있습니다.
4. 제너 다이오드와 차이점
TVS 다이오드와 Zener 다이오드는 모두 다이오드의 역방향 특성을 활용하지만, 각각의 용도와 특성에 따라 차이가 있습니다.
Zener 다이오드는 주로 정전압 용도에 사용되며, 전압이 안정된 저전류 영역을 제너 전압 (VZ)으로 규정합니다.
일반적으로 5mA에서 40mA 정도의 전류에서 안정된 전압을 유지합니다.
또한, Zener 다이오드는 기본적으로 ON 상태에서 사용됩니다.
반면에 TVS 다이오드는 과전압 보호를 주된 용도로 하며, 평상 시에는 OFF 상태입니다.
서지나 다른 돌발적인 과전압이 인가되었을 때에만 활성화되어 브레이크 다운을 일으킵니다.
따라서 TVS 다이오드는 스탠드 오프 전압 (VRWM)과 브레이크 다운 전압 (VBR)이라는 두 가지 전압으로 규정됩니다.
브레이크 다운 전압은 과전압 발생 시에 회로를 보호하는 데 중요한 역할을 합니다.
또한, TVS 다이오드는 고전류 영역에서도 보호 특성이 규정되어 있습니다.
과전압 발생 시에 수십A의 고전류를 허용하여 회로를 효과적으로 보호합니다.
이러한 특성은 TVS 다이오드를 전원 공급회로, 통신 회로 및 다양한 전자 장치에서 널리 사용되는 이유 중 하나입니다.
| 특성 | TVS 다이오드 | Zener 다이오드 |
|---|---|---|
| 용도 | 일시적인 전압 스파이크에 대한 보호 | 전압 조절 및 전압 참조 |
| 동작 원리 | 전압 클램핑 | 역방향 브레이크다운 |
| 응용 분야 | 데이터 라인, 통신 인터페이스, 전원 공급장치 등 | 전압 조절 회로, 전압 참조, 전압 클램핑 회로 |
| 클램핑 전압 | 낮음 | 높음 |
| 응답 시간 | 빠름 | 상대적으로 느림 |
| 극성 | 단방향 또는 양방향 | 단방향 |
| 주요 기능 | 일시적인 이벤트에 대한 회로 보호 | 회로에서 일정한 전압 유지 또는 클램핑 |