常用EMC元器件簡(jiǎn)介——防護器件

攻城獅華哥

在電子產(chǎn)品中，需要防護的電路主要是電源和信號，所處的位置不同其防護等級和防護方案也不同，介紹三種最常用的防護器件：TVS管，氣體放電管、半導體放電管。

一、瞬態(tài)抑制二極管（TVS）

1、器件特性：

TVS又稱(chēng)為瞬態(tài)抑制二極管，是半導體硅材料制造成特殊二極管，TVS與被防護電路并聯(lián)使用。電路正常時(shí)TVS處于關(guān)斷狀態(tài)呈現高阻抗特性，當外界有浪涌沖擊電壓時(shí)能以nS量級的速度從高阻抗轉變?yōu)榈妥杩刮�收浪涌功率，使浪涌電壓通過(guò)其自身到地，從而保護電路不受侵害。其重要的特性就是相應迅速，作用時(shí)間短。

2、伏安特性：

如上圖伏安特性曲線(xiàn)，Vc是鉗位電壓、Vrwm是最高工作電壓，均是TVS選型中非常重要的參數。在設計選型時(shí)為了能夠對被保護電路起到保護作用，同時(shí)又不能影響后級電路正常工作，Vrwm≥電路正常工作電壓。這樣電路正常工作時(shí)，TVS管處于截止狀態(tài)，不對電路產(chǎn)生影響；Vc≤電路可承受的最高電壓，不然二極管遇到瞬態(tài)高壓導通后保持的鉗位電壓比后級電路可承受電壓高會(huì )造成后級電路的損傷。如下是在元器件電商平臺查到的DIODES的SMBJ5.0系列規格參數，可以看到不同型號的Vc和Vrwm是不同的，根據需求選型即可。

圖片來(lái)源：華秋商城

3、典型應用：

TVS管經(jīng)常應用在485電路、232接口、USB接口、VGA接口等需要防靜電以及熱插拔端口。

如下是一個(gè)USB2.0接口典型的防護電路，主要對電源線(xiàn)、差分信號DM/DP進(jìn)行防護，當從USB接口進(jìn)來(lái)的瞬態(tài)高壓，比如高達幾千伏的靜電耦合到信號線(xiàn)或電源線(xiàn)上時(shí)，會(huì )觸發(fā)對應線(xiàn)路上TVS D1或D2或D3導通，將瞬間高壓泄放到PGND，從而實(shí)現了對后級芯片的保護，防止幾千伏的電壓通過(guò)信號線(xiàn)或電源到后級芯片中去燒壞芯片。

二、半導體放電管（TSS）

1、器件特性

半導體放電管是一種小型化、快反應速度和高可靠性的電力電子半導體器件，它具有五層雙端對稱(chēng)結構的設計。特點(diǎn)如下：

• 反應速度快，有比較低的殘壓；
• 可靠性高，一致性好；
• 使用壽命長(cháng)，可長(cháng)時(shí)間重復使用；
• 有比較低的結電容；
  

2、工作模式

半導體放電管的工作模式是：當外加電壓低于其斷態(tài)電壓VDRM時(shí)，半導體放電管的漏電流極小，相當于開(kāi)路；當外電壓大于VDRM時(shí)，開(kāi)始發(fā)生擊穿；當外電壓進(jìn)一步加大后，半導體放電管的兩端變成導通狀態(tài)，相當于短路，可以泄放很大的電流；當外電壓撤去以后，管子即可恢復斷態(tài)。

如上半導體放電管的泄放示意圖，A是模擬的雷擊電壓波形，B為半導體放電管擬制后的電壓波形。

3、典型應用

半導體放電管主要應用在485電路、視頻接口、XDSL、電話(huà)接口等需要防雷保護的接口。

如下是某DSL電話(huà)口使用半導體放電管TSS進(jìn)行防護的案例。

三、氣體放電管（GDT）

1、器件特性：

氣體放電管，Gas discharge tube-GTD，由密封于氣體放電管介質(zhì)的一個(gè)或一個(gè)以上放電間隙組成的器件，用于保護設備或人身免遭高壓電壓的危害。普遍應用在電子產(chǎn)品中的是陶瓷氣體放電管。主要特點(diǎn)是通流量大、結電容低、絕緣高等。主要是防止電子產(chǎn)品遭受雷擊。

2、工作過(guò)程：

正常處于高阻態(tài)——（外界高壓接入后）——進(jìn)入輝光狀態(tài)——進(jìn)入弧光狀態(tài)——（外界高壓消失后）——進(jìn)入輝光狀態(tài)——恢復高阻態(tài)。

3、典型應用：

氣體放電管主要應用在A(yíng)C電源、DC電源接口、485電路、視頻接口、XDSL、以太網(wǎng)接口等需要防雷保護的接口。

四、TVS、TSS、GDT三者差異

1、應用領(lǐng)域：

TVS更多應用于電壓較低的接口以及直接針對線(xiàn)路板中重點(diǎn)IC進(jìn)行保護。比如特別是對IC的ESD防護。

TSS更多應用于電信設備中出現雷擊和包含交流的瞬態(tài)現象的二級保護，比如電話(huà)、傳真機、調制解調器、程控交換與網(wǎng)絡(luò )設備，以及xDSL等模擬和數字線(xiàn)路。

GDT主要應用在通信產(chǎn)品、工業(yè)產(chǎn)品、監護儀/超聲等醫療設備的電源口、RS485、網(wǎng)口、光口；消費電子類(lèi)如機頂盒/電子玩具等的AC電源口、同軸口；電視機/數碼相機等的AC 電源口、RS485/HDMI。

2、電壓等級劃分：

TVS更多應用于30V以下環(huán)境，大多數IC芯片端口集成的二極管只能抵御不超過(guò)2KV的ESD。而TVS器件重要指標是所能抑止的靜電電壓如15KV(空氣靜電放電電壓)、8KV（接觸靜電放電電壓）。

TSS更多應用于50V以上環(huán)境，典型應用有200V的應用于通信線(xiàn)路；58V的應用程控交換機二次保護電路等。

GDT一般應用在70V-3600V ，主要是防護雷擊。

3、其他對比

• 通流量：TVS < TSS < GDT
• 結電容：GDT < TSS < TVS
• 響應時(shí)間：TVS < TSS < GDT