在現代電子設備中,過壓保護與過流保護已成為設計不可忽視的一環。為了提升產品的抗干擾能力與使用壽命,我們常見的保護器件主要有:
TVS(二極管瞬態抑制器)
ESD保護器件(靜電保護)
自恢復保險絲(PPTC)
這三類器件在電路保護中各司其職,但也存在很多選型誤區和實際應用中的關鍵參數。本文將從原理、參數說明、應用場景與選型要點四個方面進行詳細解讀。
一、TVS管(Transient Voltage Suppressor)
作用
TVS 管主要用于保護電路免受瞬態高壓(如雷擊、電源浪涌)損壞。
常用參數解釋
參數 | 說明 |
---|---|
反向擊穿電壓Vbr | TVS 管開始導通時的電壓,必須高于正常工作電壓 |
鉗位電壓Vclamp | 在浪涌時,TVS 限制的最大電壓,需低于被保護器件最大耐壓 |
最大峰值脈沖電流Ipp | TVS 管能承受的最大瞬態浪涌電流 |
響應時間 | 納秒級,通常在 <1ns,適合高速應用 |
封裝形式 | SMA、SMB、SMD、DO-214AC等多種,選型需結合PCB布局與功率等級 |
選型建議
Vbr工作電壓 × 1.1~1.2,避免誤觸發;
Vclamp < 被保護芯片最大耐壓;
Ipp 實際可能浪涌電流;
根據通訊接口選擇:如USB推薦ESD + TVS組合保護,電源輸入推薦高功率TVS。
二、ESD保護器件(Electro-Static Discharge)
作用
用于吸收靜電釋放能量,防止靜電放電(如手指觸碰)對芯片或接口造成損傷。
常用參數解釋
參數 | 說明 |
---|---|
工作電壓) | 正常工作時的最大電壓 |
擊穿電壓 | 保護器件導通點,需略高于工作電壓 |
鉗位電壓 | 靜電發生時,器件限制的最大電壓 |
漏電流 | 正常工作狀態下的漏電,越低越好 |
封裝 | 主要為SOT、DFN、SOD-323、Array封裝(多位ESD) |
選型建議
應優先選擇**低電容(<1pF)**的ESD器件用于高速接口(如USB3.0、HDMI);
Vbr系統工作電壓,Vclamp 芯片絕對耐壓;
靜電等級建議滿足IEC 61000-4-2,±8kV接觸放電等級;
可選陣列式多位ESD器件用于并行接口保護(如Type-C、以太網)。
三、自恢復保險絲(PPTC:Polymer Positive Temperature Coefficient)
作用
提供可重復使用的過流保護。當電流超過設定值時,自身發熱電阻迅速升高,限流保護;電流恢復后自動復位。
常用參數解釋
參數 | 說明 |
---|---|
額定工作電壓Vmax | 不可超過,否則器件可能燒毀 |
保持電流Ihold | 正常狀態下能長期承受的最大電流 |
觸發電流Itrip | 超過該電流即會進入保護狀態 |
最大電流Imax | 瞬間可承受的極限電流(短路能力) |
電阻值Rmin-Rmax | 初始電阻范圍,影響壓降和發熱 |
響應時間 | 毫秒級,適合慢速過流保護 |
選型建議
Ihold 應大于實際最大工作電流的 1.2 倍;
工作電壓需低于Vmax;
不適用于高速斷路場合(如鋰電池保護、短路需快速切斷);
根據功率與溫度環境選合適尺寸封裝(如1206、1812等);
實際案例應用簡析
應用場景 | 推薦保護組合 |
---|---|
USB接口 | ESD + TVS(低電容) |
電源輸入 | TVS + PPTC |
SIM卡/SD卡接口 | 低電容ESD陣列器件 |
以太網RJ45 | 共模電感 + ESD陣列 + GDT(氣體放電管) |
工業IO口 | TVS(二極管陣列)+ PPTC |
總結:如何合理搭配使用?
TVS抗浪涌、ESD抗靜電、PPTC防過流,三者可組合使用形成全方位保護。
合理選型可有效提升抗干擾能力、設備穩定性,并降低售后維護成本。
不要“只裝一個TVS就萬事大吉”,每種器件的應用范圍和保護特性都有明確邊界。
建議收藏本文,作為項目設計中的防護器件選型參考。如果你有實際案例需要選型推薦,歡迎在評論區留言,一起討論~
審核編輯 黃宇
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