常用EMC防护器件选型

big_gun

一、压敏电阻（MOV）
7 l" |# M" I1 K6 P& x- f" R& s
技术参数：压敏电压 工作电压 最大通流量 最大钳位电压（残压） 静态结电容
% R# r( x5 K! b0 m工作原理：压敏电阻相当于一个可变电阻，它是并联于电路中。 当电路正常工作时，它的阻抗很大，漏电流很小，相当于开路，对电路几乎没有影响。 但当一个很高的突波电压到来时，压敏电阻的电阻值瞬间下降，使它可以流过很大的电流，同时将电压钳位在一定数值。
) m( I/ ]* l1 L
选型方法:
0 W) @9 p( Z$ C( P
1、确定应用电路正常工作电压和压敏电阻，一般情况压敏电压实际数值是电路最大直流工作电压的1.5倍，在交流状态下需考虑峰值，结果应扩大1.414倍
, n) i3 C8 [4 z4 `( U& I2、根据防护量级确定压敏电阻通流量
( k* {! U9 T4 t+ _电源电路差模防护：由内阻决定（测试防护量级2Ω），通流量2倍
) Q3 \( u$ o" w% N电源电路共模防护：由内阻决定（测试防护量级12Ω），通流量2倍
& |1 s/ r% ]! G8 A6 o信号电路共模防护：由内阻决定（测试防护量级42Ω），需考虑结电容，通流量2倍
3、确定压敏电阻两端的结电容
3 v/ V1 x6 L0 C2 {% F0 n1 e& s
: B' N" y5 ?0 T" H电源电路:如果加在线线之间，可以不用关注，加在线对地之间共模防护，需考虑漏电流对产品影响，加保险丝。
) E# P" U% P2 v- ~( p: J4 o/ S- _信号电路:高速信号线上尽可能选择结电容小的器件
9 n. T* }) W" b& @9 U( Q选型注意事项
& a5 A* s  N3 M8 ^* ^; `
1）  要求器件的最大通流量为理论计算通流量2倍以上，即Imax≥I工作*2
  \. e8 w/ q' z" B& P! a& @2）  若通流量不能满足使用要求时，将几只单个的压敏电阻并联使用，其通流量为个单只压敏电阻数值之和。要求并联电阻伏安特性尽量相同，以免分流不均损坏压敏电阻。
8 f) d4 {/ T* p# B% ?! S8 C" W3）  压敏电阻在应用到电源电路之前必须加保险丝。
, u* S! E+ J" a# B8 B3 p: {! \& _" h4）  压敏电阻用于电源口对地进行共模防护，需在线地之间增加保险丝，防止器件失效导致电源对地短路。
防护电路工作频率确定压敏电阻结电容:根据防护电路工作速率确定能够加在线路上的对地电容，一般对于信号接口线路需要考虑工作频率和结电容。
* P4 {0 Z- |9 d; L% IAC电源输入防护:压敏电阻同流量大，因此结电容比较大，用在交流电源口漏电流比较大，因此需要配合气体放电管使用。
6 M" y4 U- z8 f
二、瞬态电压抑制器（TVS）
+ w7 j3 C/ {0 A) |2 F
1.类似于普通的稳压管，是钳位型的干扰吸收器。
2.与被保护设备并联使用。其具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。可用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬态电压以及感应雷所产生的过电压。
' j- r1 q9 f# P7 c' [9 t9 U3.选型方法
8 y: l4 q$ j) A" B+ P1 T
1）、根据保护电路工作电压，确定器件反向关断电压。
直流供电:Vrwm(反向关断电压)≥V工作  交流供电:Vrwm≥V工作*1.414
最大工作电压需按电源口特性测试要求最大值来选择（直流工作电压范围大，往高的选）。
5 _2 J  H( i# d2）、根据防护技术要求，确定TVS管钳位电压和功率参数。
最大钳位电压Vcmax≥(1.5-2.0)*Vrwm,一般反向关断电压和通流量Ipp确定后，TVS管需满足最小峰值功率Pw≥Vcmax*Ipp＝(1.5-2.0)*Vrwm*Ipp。
3）、根据防护电路工作频率确定TVS管结电容。
+ U- M6 \8 a3 Y/ t  q1 d, A
% M4 e4 n/ X. I0 W3 k7 D( o4.选型要点
# l1 u/ Y/ ~* w& }5 C
" t0 {- x1 f; E( W, y* g1  ） 反向关断电压≥保护电路最大工作电压(Vrwm＞V工作)。
2  ）TVS管的最大钳位电压一般为击穿电压的1.4倍左右。
3 `# g( `- ?/ V# l! A3  ） 对于小电流负载的保护，可在线路中增加限流电阻。
4  ）对于电源电路上应用TVS管选型除了需要注意选择通流量要有一定余量设计以外，还需考虑电源电路正常工作时的电压波动可能会导致TVS管误动作，在选型时反向关断电压的选择需大于电路的最大波动电压。
' p8 E- c* \" T8 G: w! E5  ）TVS管通流量有限，所以TVS管一般情况下不单独用于电源口的浪涌防护设计。
' X& n/ G8 D4 A8 _* g- T1 P6  ）TVS管接地端应用在需要打绝缘耐压的机壳地(PGND)上，需满足绝缘耐压500AC的要求。

    TVS管应用
0 K4 y' }3 C* z1 b/ l8 s/ l7 ]1 y
8 ^/ I1 q' o" ^+ e1 {/ B6 ], Z1 c4 ATVS管用于ESD防护：通常对外信号与电源接口都需要进行ESD防护设计，虽然静电电压比较高，但静电脉冲电流时间比较短，通常几十纳秒，因此对于防静电的TVS来讲，通常200w功率都可以满足15KV静电干扰。
TVS管用于芯片ESD保护：在信号接口进行浪涌或静电防护设计时，如果TVS的残压过高，导致芯片不能承受时，可以在TVS后信号上串联电阻进行分压，从而降低芯片上所得到的残压。
' F/ c" A4 e$ H. i3 k9 S2 jTVS管用于芯片保护：在信号接口进行浪涌防护设计时，如果TVS功率不够，可以采取前面加功率电阻分压限流，从而降低TVS管上所承受瞬态能量。
TVS管应用总结：
1 _& v9 U, |9 V
9 e) O( ~4 f8 [8 j电源接口防护：DC电源浪涌、ESD防护
; w6 ~: S/ `6 l/ AI/O接口防护：接口电源防护
敏感芯片防护：信号/电源ESD、浪涌防护
TVS防护器件PCB走线:防护器件靠近接口位置，走线需短

" N3 W1 T* N* s" s& Q( r* h    应用案例
+ k: b- k; S/ K: j* u- @/ t# }
- k; s4 _& M3 }DC电源接口防护（28V）
  总之，对于压敏电阻对TVS管的选型与计算，需结合实例进行计算，多加练习，此处还未实践。
% u" }7 f9 }+ n* T. b2 l+ K2 ^
4 r  o' {9 [, e5 \三、气体放电管（GDT）
- L5 [; U* g# f3 K2 \7 M
0 t& n9 V% `5 Q, c& u* c1.工作原理：当外加电压增大到超过气体的绝缘强度时，两极间的间隙将放电击穿，由原来的绝缘状态转化为导电状态，导通后放电管两极之间的电压维持在放电弧道所决定的残压水平。为开关型过电压保护器件。正常的回路中处于高绝缘栅状态（GΩ级别）
+ k6 u. E) x+ p4 W
  c8 m( Z* e6 J+ r2.技术参数：直流击穿电压  冲击击穿电压 耐冲击放电电流 绝缘电阻（大于1GΩ） 结电容（小于3pF） 误差范围（直流击穿电压+-20%）
8 \9 @. k- K: A  U- l0 }
  z4 J0 t6 t" q5 ]3.选型
直流开启电压，冲击电压越低越好，GDT响应速度越快（应用端口的工作电压需高于直流开启电压的最小值）
0 L& Y! ~7 L4 [A选型方法
1）根据电路工作电压确定直流击穿电压（V击穿>=(1.5~2)*V工作）
2）根据电路防护量级，去顶顶气体放电管的通流量（I实际>2*I额定）
0 x$ L% ^2 `8 t* B. k0 t- i3）根据电路工作频率，确定器件最大结电容
2 K# }, [$ {: I/ p7 f, o, a% {. i4）根据保护电路特性决定放电管的结构特点
$ R( u" a! R' t& Z) p; U; U( s4 n6 o5）耐压测试时，器件的直流击穿电压必须大于耐压测试电压
) F/ \& i& \' C6 _8 P( |# {
4.防护器件特性应用：MOV+GDT应用于电源端口
6 I3 I3 L9 j. o前级与后级间，必须增加退耦器件，且通流量由后级决定。
/ w8 G9 d; A! ]' ~. p
四、半导体放电管（TSS）

1.工作原理
TSS是一种PNP型器件，可以看作是一个没有门极的晶闸管。
2.选型方法

2 u, T& \% U. G/ M3.选型注意事项
2 D" R/ ?. g% b) G" x
/ v" ^  ^1 r# Y0 j( ]4.应用于I/O接口防雷设计

& {) _5 X7 X5 ~- q

Dollche

信号口的防护一般是过电压防护要求，即浪涌防护；
天馈口及电源口的防护一般是过电流防护要求，即防雷保护。

RGB_lamp

浪涌防护电路的输出残压值必须比被防护电路自身能够耐受的过电压峰值低，并有一定裕量。浪涌防护电路应有足够的冲击通流能力和响应速度。信号浪涌防护电路应满足相应接口信号传输速率及带宽的需求，且接口与被保护设备兼容。信号浪涌防护电路要考虑阻抗匹配的问题。信号浪涌防护电路的插损应满足通信系统的要求。对于信号回路的峰值电压防护电路不应动作，通常在信号回路中，防护电路的动作电压是信号回路的峰值电压的（1.3～1.6）倍。