隨著使用環(huán)境的日益復(fù)雜，電子設(shè)備須承受越來(lái)越多的內(nèi)外干擾，壓敏電阻、TVS、PPTC、氣體放電管等電路保護(hù)器件的作用越來(lái)越重要，以便系統(tǒng)受到過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱、浪涌、電磁干擾等情況下不受損壞。目前，一些主流的電路保護(hù)器件分別為：

（1）瞬態(tài)電壓抑制器，Transient Voltage Suppressors，簡(jiǎn)稱TVS；

（2）壓敏電阻，Metal Oxide Varistors，簡(jiǎn)稱MOV；

（3）靜電保護(hù)元件，Electrostatic Discharge Protection Devices，簡(jiǎn)稱ESD；

（4）陶瓷氣體放電管，Gas Discharge Tubes，簡(jiǎn)稱GDT；

（5）玻璃氣體放電管，Spark Gap Protectors，簡(jiǎn)稱SPG；

（6）半導(dǎo)體放電管，Thyristor Surge Suppressors，簡(jiǎn)稱TSS；

（7）自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，Polymer Positive Temperature Coefficient，簡(jiǎn)稱PPTC。

各類過(guò)電壓保護(hù)元件通流量及響應(yīng)時(shí)間

按照器件的伏安特性，保護(hù)器件可分為三大類：箝位型（TVS、ESD、MOV）、開(kāi)關(guān)型（GDT、SPG、TSS）、過(guò)電流型（PPTC）。

箝位型過(guò)電壓保護(hù)器件

箝位型過(guò)電壓保護(hù)器件為電壓控制型器件。在電壓達(dá)到擊穿電壓時(shí)，器件的電阻瞬間減小為低阻抗，泄放大浪涌電流，從而將浪涌電壓限制在一個(gè)較低的水平。導(dǎo)通后，器件的箝位電壓會(huì)高于擊穿電壓，器件兩端的箝位電壓與瞬間通過(guò)的浪涌電流大小成正比關(guān)系。

箝位型過(guò)電壓保護(hù)器件常應(yīng)用于電源線、低頻通信線路的過(guò)電壓防護(hù)，代表產(chǎn)品有：瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS）、金屬氧化物壓敏電阻（MOV）、靜電保護(hù)（ESD）元件。

其中，金屬氧化物壓敏電阻（MOV）除了英文名稱Metal Oxide Varistors (MOV)、Voltage Dependent Resistor (VDR)、Varistor以外，壓敏電阻器的中文名稱也不少，在臺(tái)灣地區(qū)還有突波吸收器、浪涌抑制器、吸波器等別稱。

瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS）陣列封裝后，成為瞬態(tài)抑制二極管陣列（TVS Array），也稱為ESD（Electrostatic Discharge Protection Devices）靜電保護(hù)元件。從工藝上看，ESD是將多個(gè)TVS晶粒或二極管采用不同的布局做成具有特定功能的多路或單路ESD保護(hù)器件，主要應(yīng)用于各類通信接口ESD保護(hù)，如USB、HDMI、RS485、RS232、VGA、RJ11、RJ45、BNC、SIM卡、SD卡等。ESD器件封裝多樣化，從單路的DFN0201到多路的SOIC-16、QFN-10等，電路設(shè)計(jì)工程師可以根據(jù)電路板布局及接口類型選擇不同封裝的ESD器件。

開(kāi)關(guān)型過(guò)電壓保護(hù)器件

對(duì)于開(kāi)關(guān)型過(guò)電壓保護(hù)器件，當(dāng)電壓達(dá)到擊穿電壓后，其電阻瞬間減小為低阻態(tài)，泄放浪涌電流，并將浪涌電壓限制在一個(gè)較低的水平。開(kāi)關(guān)型過(guò)電壓保護(hù)器件的特點(diǎn)是器件導(dǎo)通后其兩端的電壓會(huì)低于器件的擊穿電壓，常用于通信系統(tǒng)高頻信號(hào)線浪涌防護(hù)，主要有陶瓷氣體放電管（GDT）、玻璃氣體放電管（SPG）、半導(dǎo)體放電管（TSS）。

其中，陶瓷氣體放電管（Gas Discharge Tubes, GDT）由封裝在充滿惰性氣體的陶瓷管中具有一個(gè)或一個(gè)以上的放電間隙組成。GDT電氣性能取決于氣體種類、氣體壓力、內(nèi)部電極結(jié)構(gòu)、制作工藝等因素。GDT可以承受高達(dá)數(shù)十甚至數(shù)百千安培的浪涌電流沖擊，具有極低的結(jié)電容，應(yīng)用于保護(hù)電子設(shè)備和人身免遭瞬態(tài)高電壓的危害。

TSS、MOV、GDT伏安特性曲線和PPTC電阻溫度曲線

玻璃氣體放電管（Spark Gap Protectors, SPG）也稱強(qiáng)效氣體放電管，通過(guò)電極之間的距離獲得放電微隙，管內(nèi)充有隋性氣體，用玻璃管和杜鎂絲線玻封而成。當(dāng)SPG兩端電壓增高時(shí)，附近氣體被電離，微隙處開(kāi)始出現(xiàn)放電現(xiàn)象。隨著兩極壓降逐漸增大，放電電流也隨之增大，其電離區(qū)隨之?dāng)U大，此時(shí)放電電流經(jīng)氣體電離區(qū)流向另一極，當(dāng)電流繼續(xù)增加到一定程度時(shí)，管內(nèi)出現(xiàn)從輝光放電向弧光放電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)品由高阻狀態(tài)進(jìn)入低阻狀態(tài)，SPG兩端的電壓也隨之減小，從而對(duì)后面的電路起到保護(hù)作用，在異常電壓消失后，產(chǎn)品又恢復(fù)到高阻狀態(tài)。

使用時(shí)，主要考慮以下4個(gè)玻璃氣體放電管參數(shù)：

（1）直流擊穿電壓：在應(yīng)用中，放電管的直流擊穿電壓下限值應(yīng)高于線路的最大正常工作電壓，否則會(huì)影響電路正常工作。

（2）脈沖擊穿電壓：要確保器件脈沖擊穿電壓值低于后級(jí)被保護(hù)線路所能承受的最高瞬時(shí)電壓值。

（3）標(biāo)稱放電電流：根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合及線路中可能出現(xiàn)的沖擊電流強(qiáng)度，確定所選用放電管必須達(dá)到的耐沖擊電流強(qiáng)度。

（4）續(xù)流問(wèn)題：電壓較高的有源電路不能單獨(dú)使用氣體放電管作為過(guò)電壓保護(hù)器件。為了使放電管能正常熄弧，在有可能出現(xiàn)續(xù)流的地方，可在放電管上串聯(lián)壓敏電阻或自恢復(fù)保險(xiǎn)絲等限流器件。

過(guò)電流型保護(hù)器件（PPTC）

PPTC（Polymer Positive Temperature Coefficient）是用聚合物制作的可反復(fù)應(yīng)用的正溫度系數(shù)熱敏電阻。PPTC屬于過(guò)電流型保護(hù)器件，常應(yīng)用于小電流輸入的電源線過(guò)電流保護(hù)，或兩級(jí)過(guò)電壓保護(hù)器件之間做退耦等。

當(dāng)有異常過(guò)電流通過(guò)時(shí)，PPTC產(chǎn)生的熱量（為I2R）使聚合物基體膨脹，包裹在聚合物基體外的碳黑粒子會(huì)分開(kāi)從而切斷PPTC的導(dǎo)電通道使PPTC電阻將上升，從而減小異常過(guò)電流。當(dāng)異常過(guò)電流故障清除后，PPTC聚合物分子收縮至原來(lái)的形狀重新將碳黑粒子聯(lián)結(jié)起來(lái)，導(dǎo)電通道會(huì)恢復(fù)，PPTC電阻又恢復(fù)到原來(lái)的低阻狀態(tài)。上述過(guò)程可循環(huán)多次。

PPTC最大的特點(diǎn)就是在其額定使用范圍內(nèi)，在每次電流故障后不需要更換，可反復(fù)多次應(yīng)用于過(guò)電流保護(hù)，可有效節(jié)約維修時(shí)間及成本。PPTC選型注意以下參數(shù)：

（1）維持電流Ih：自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的維持電流應(yīng)大于線路的正常工作電流，否則會(huì)影響線路正常工作。

（2）最大耐壓Vmax：應(yīng)大于線路的工作電壓，否則容易導(dǎo)致PPTC失效。

（3）環(huán)境溫度：PPTC對(duì)環(huán)境溫度較敏感，應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度降額選取PPTC的維持電流。當(dāng)環(huán)境溫度大于85℃時(shí)，不建議使用PPTC。

過(guò)電壓防護(hù)器件性能比較

除了PPTC元件，其他電路保護(hù)器件都屬于過(guò)電壓類型。

各類過(guò)電壓保護(hù)元件性能對(duì)比

其中，GDT結(jié)電容低，絕緣阻抗大，是通流量最大的器件，可做到100kA（8/20μs）。GDT的導(dǎo)通為氣體電離形成導(dǎo)電通道，需要較大的能量去激發(fā)它，有一個(gè)能量累積的過(guò)程，所以GDT的響應(yīng)時(shí)間是所有過(guò)電壓保護(hù)器件中最慢的一個(gè)。GDT可用于高速通信線路防雷保護(hù)，如同軸電纜，電話線接口，高清視頻接口、以太網(wǎng)口等。

MOV的通流量?jī)H次于GDT，響應(yīng)速度為納秒級(jí)，廣泛應(yīng)用于交流電源線，低頻信號(hào)線的防雷保護(hù)。使用中，由于GDT和SPG具有較大的絕緣阻抗，在AC輸入端，常常和MOV串聯(lián)到共模地來(lái)應(yīng)用，以減緩MOV的老化。

hyperfix為超大功率TVS，采用大面積芯片疊加制成，比普通的TVS功率大幾十甚至幾百倍，可直接替代MOV應(yīng)用于交流輸入端口的第一級(jí)防雷保護(hù)。hyperfix具有通流量大、響應(yīng)速度快、無(wú)老化、箝位電壓低等優(yōu)點(diǎn)，適用于對(duì)防護(hù)器件要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合，如通信電源、飛機(jī)、機(jī)車等領(lǐng)域。

TSS為一種具有負(fù)阻特性的浪涌保護(hù)器件，由于其特殊的PNPN結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在相同的芯片面積上，TSS可以做到比同尺寸及電壓的TVS通流量大幾倍，而電容比同規(guī)格的TVS小幾倍，可以用于一些通信線路的浪涌保護(hù)，如RS485、RS232、CAN總線等。TSS具有較高的性價(jià)比，是低速通信線路浪涌防護(hù)的理想選擇。

TVS一般采用貼片或插件封裝，體積較小，常應(yīng)用于直流電源線或低速通信線路的浪涌防護(hù)。ESD由多個(gè)二極管或TVS組合而成，導(dǎo)通時(shí)間較TVS慢一些，芯片晶粒面積也較小，可以做到小型微型化封裝，結(jié)電容最小可以做到零點(diǎn)幾個(gè)皮法，適用于高速數(shù)據(jù)線路的ESD防護(hù)，如HDMI、USB3.0、IEEE1394等。

除了上述三大類器件，F(xiàn)AE工程師在系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中，應(yīng)組合使用多個(gè)電路保護(hù)器件及方案。同時(shí)，還應(yīng)考慮一些新型的保護(hù)產(chǎn)品，如貼片壓敏電阻（Multi-Layer Ceramic chip Varistor，MLCV），這是一種利用氧化鋅陶瓷制作的類似MLCC結(jié)構(gòu)的多層片式陶瓷電壓敏感電阻器，具有靜電抑制型、常規(guī)過(guò)壓保護(hù)型、高能型和高壓型三種類型，常用于高速傳輸接口保護(hù)，具體以用戶提供的數(shù)據(jù)表為準(zhǔn)。
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