之前一篇文章《保護電路系列之防反接》介紹了輸入電源的防反接設(shè)計，主要是利用二極管和MOS管來設(shè)計電路，在應(yīng)用中我們利用一些無源器件來進行保護防護設(shè)計更多，尤其是在EMC設(shè)計中。今天來認(rèn)識幾種重要的無源防護器件，主要針對這些器件在電源端口的防護設(shè)計中的應(yīng)用。

一、器件介紹

1、氣體放電管GDT

GDT的原理就是利用高壓時氣體電離產(chǎn)生弧光放電來進行高壓泄放，可以理解為一個高壓控制的開關(guān)管。具體放電過程如上圖：正常時處于高阻狀態(tài)，有高壓時開始進入輝光狀態(tài)，電流增大，進入弧光放電狀態(tài)，類似導(dǎo)通。GDT導(dǎo)通時電壓很低約為20~50V，因此可以保護后級電路，主要用于雷擊浪涌的高壓保護。

主要參數(shù)：

這里總結(jié)GDT的幾個應(yīng)用特點：

1.1 通流量大，能達到上百KA。

1.2 響應(yīng)時間慢。因為管內(nèi)的氣體電離需要時間，一般在幾百nS。

1.3 絕緣電阻高，一般達到1GΩ。因此漏電流小。

1.4 寄生電容小，只有幾PF，因此對高速信號影響小。

1.5 存在直流續(xù)流電壓。就是導(dǎo)通后依靠低壓依然有電流通過。

1.6 多次放電后性能下降，需要更換，因為電離的原因。

2、壓敏電阻MOV金屬氧化物壓敏電阻顧名思義就是電阻響應(yīng)一定電壓值，工作原理是通過在高壓狀態(tài)下進行。

插件MOV的制作：

響應(yīng)波形：

主要參數(shù)：

MOV應(yīng)用的幾個特點：

2.1 通流量較大，一般在數(shù)十KA。

2.2 殘壓較高，因此需要配合其他次級保護器件。

2.3 DC漏電流小。

2.4 寄生電容較大，在nF左右，因此高速信號限制使用，交流時漏電流較大。

2.5 反應(yīng)時間較快，在數(shù)十nS級別。

2.6 使用壽命較短，損壞模式短路較多。

3、熱敏電阻PTC

熱敏電阻主要是串在電路中進行大電流保護（這里是指過流保護用的PTC），基本原理就是過流發(fā)熱導(dǎo)致電阻急劇增大阻斷通路。高分子PTC熱敏電阻是由聚合物基體和使其導(dǎo)電的碳黑粒子組成。由于這種材料具有一定的導(dǎo)電能力，因而其上會有電流通過。當(dāng)有過電流通過熱敏電阻時，產(chǎn)生的熱量將使其膨脹，從而碳黑粒子將分離、其電阻將上升，而且上升速度很快。主要參數(shù)及選型：

應(yīng)用特點：

3.1 響應(yīng)速度一般。

3.2 通流量一般，主要用于短路保護。

3.3 焊接時注意高溫導(dǎo)致?lián)p壞。

4、穩(wěn)壓管ZENER穩(wěn)壓管的工作原理就是利用PN結(jié)反向擊穿時電壓基本不變的特性。

主要說一說穩(wěn)壓二極管和普通二極管有何不同：穩(wěn)壓二極管在反向擊穿后能夠穩(wěn)壓在于其對擊穿電流進行了限制，而且穩(wěn)壓二極管的斜率更陡峭。基本參數(shù)也比較簡單，主要考慮工作電壓和電流，有些應(yīng)用場合需要注意漏電流。

5、半導(dǎo)體放電管TSS

TSS是一種相對特殊的保護器件，當(dāng)外加電壓低于其不動作

電壓VDRM時，管子的漏電流極小，相當(dāng)于斷路；當(dāng)外電

壓繼續(xù)加大時，開始發(fā)生擊穿（類是于二級管）；當(dāng)外電

壓進一步加大后，管子的兩端變成導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于短

路，可以泄放很大的電流；當(dāng)外電壓撤去以后，管子即可

恢復(fù)斷態(tài)。

應(yīng)用特點：

5.1響應(yīng)快，在ns級

5.2寄生電容小

5.3存在維持電流

5.4漏電流很小

5.5雙向?qū)ΨQ特性

5.6通流量在幾百A，不大。

最重要的應(yīng)用注意事項是應(yīng)用在有源應(yīng)用中必須加限流電阻，保證系統(tǒng)工作電流和短路電流小于維持電流IH，否則TSS就會一直導(dǎo)通。

6、瞬態(tài)抑制二極管TVS

TVS可以說是EMC防護器件中最好用的器件之一，主要是響應(yīng)速度快，對ESD等作用顯著。

基本參數(shù)：

應(yīng)用特點：

6.1響應(yīng)快ns級

6.2漏電流較大

6.3通流量較小

7、玻璃氣體放電管SPG

玻璃放電管,將半導(dǎo)體Si集成在氣體放電管里，使該產(chǎn)品集氣體放電管的大浪涌電流和半導(dǎo)體的高速響應(yīng)于一體，克服了原氣體放電管響應(yīng)速度慢（μs級）和半導(dǎo)體管耐浪涌電流弱的缺點、具有響應(yīng)速度快（ns級）、耐沖擊、性能穩(wěn)定、重復(fù)性好和壽命長等優(yōu)點，但是玻璃易碎，總體而言玻璃氣體放電管處于陶瓷氣體放電管和TVS之間。具體使用方式和GDT類似。

8、自恢復(fù)保險絲PPTC自恢復(fù)保險絲在保護電路中應(yīng)用很多，PPTC經(jīng)過特殊處理的聚合樹脂(Polymer)及分布在里面的導(dǎo)電粒子(Carbon Black)組成。在正常操作下聚合樹脂緊密地將導(dǎo)電粒子束縛在結(jié)晶狀的結(jié)構(gòu)外，構(gòu)成鏈狀導(dǎo)電電通路，此時的自復(fù)保險絲為低阻狀態(tài)(a)，線路上流經(jīng)自復(fù)保險絲的電流所產(chǎn)生的熱能小，不會改變晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)線路發(fā)生短路或過載時，流經(jīng)自復(fù)保險絲的大電流產(chǎn)生的熱量使聚合樹脂融化， 體積迅速增長，形成高阻狀態(tài)(b)，工作電流迅速減小，從而對電路進行限制和保護

應(yīng)用要點：

9、高壓電容電容在保護應(yīng)用中主要是用來處理EMC問題，利用電容的耦合特性進行高頻干擾的泄放。共模干擾和差模干擾：

電容的應(yīng)用：

10、感性器件感性器件在電路保護中也有很多應(yīng)用，如變壓器，磁珠，磁環(huán)，差共模電感等。

10.1 磁珠磁珠的主要材料是鐵氧體，就是鐵鎂合金或者鐵鎳合金。典型特點就是高頻損耗非常大。鐵氧體抑制元件廣泛應(yīng)用于印制電路板、電源線和數(shù)據(jù)線上，如在印制板的電源線入口端加上鐵氧體抑制元件，就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環(huán)或磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻干擾和尖峰干擾，它也具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。

應(yīng)用要點：靠近保護點。100M阻抗值。DCR直流阻抗，影響電源線。額定電流，在電源濾波時注意使用。

10.2 共模電感

共模電感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，常用于開關(guān)電源和高速差分信號中過濾共模干擾噪聲。根據(jù)應(yīng)用場合可以分為電源端口EMI濾波用和信號端口EMI濾波用，信號口共模電感的共模阻抗很高，但是差模阻抗比較低，可以應(yīng)用在高速信號端口。工作原理：

特性曲線：

規(guī)格參數(shù):

二、應(yīng)用設(shè)計

上面介紹了一些常用的防護器件，那么在輸入電源端口的保護中如何進行組合應(yīng)用

交流220V接口的防護設(shè)計:

保險絲進行大電流保護，GDT和MOV進行浪涌保護，GDT隔離MOV避免MOV的漏電流問題。GDT導(dǎo)通后壓降在20-50V左右，通過MOV通流，GDT漏電流小，寄生電容小。X/Y電容進行差模共模干擾濾除，共模電感也是進行共模干擾濾除。

直流輸入端口的防護設(shè)計：

基本思路如上，差別主要在于參數(shù)的選擇。

小結(jié)：實際上電源輸入端口的防護設(shè)計看起來類型比較簡單，無非就是幾種防護器件的組合應(yīng)用，我們實際設(shè)計中是沒有標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的，也不可能一味的堆疊器件，因此首先還是要考慮應(yīng)用場合，譬如電源端口安全隱患是否大（容易誤插等），室內(nèi)還是室外，電磁環(huán)境是否復(fù)雜（設(shè)備附近有大電機），以及后級電路是否敏感脆弱等?？赡芤粋€TVS就可以解決了EMC的防護問題，也可能因為系統(tǒng)布線等問題導(dǎo)致電源的傳導(dǎo)騷擾繞過了端口等。因此解決電源端口的防護設(shè)計問題依然還是要設(shè)計加驗證，仔細考慮詳細的器件參數(shù)，綜合評估給出方案，但是萬變不離其宗，理解了基礎(chǔ)才有長袖善舞的可能。