今天来认识几种重要的无源防护器件，如GDT、MOV、TSS、TVS等，这些器件主要用于电路保护，主要是保护电子电路中的元器件在受到过压、过流、浪涌、电磁干扰等情况下不受损坏，确保在电路出现异常的情况下，被保护电路的精密芯片、元器件不受损坏。过压、过流、浪涌、电磁干扰、静电放电等一直是电路保护的重点，因此，市场中的主流电路保护器件也是以防雷/过压/防静电等为主，常见的保护器件有气体放电管（GDT）、压敏电阻（MOV）、瞬态抑制二极管（TVS）等。

一、器件介绍

1.气体放电管（GDT）

GDT的原理就是利用高压时气体电离产生弧光放电来进行高压泄放，可以理解为一个高压控制的开关管。具体放电过程如上图：正常时处于高阻状态，有高压时开始进入辉光状态，电流增大，进入弧光放电状态，类似导通。GDT导通时电压很低约为20~50V，因此可以保护后级电路，主要用于雷击浪涌的高压保护。

气体放电管GDT的特点：

1） 通流量大，能达到上百KA。

2） 响应时间慢。因为管内的气体电离需要时间，一般在几百nS。

3） 绝缘电阻高，一般达到1GΩ。因此漏电流小。

4） 寄生电容小，只有几PF，因此对高速信号影响小。

5） 存在直流续流电压。就是导通后依靠低压依然有电流通过。

6） 多次放电后性能下降，需要更换，因为电离的原因。

2.压敏电阻（MOV）

MOV由金属氧化物(主要是氧化锌)材料组成，属箝位型器件，利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻两极间，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路保护。压敏电阻是目前在电子产品中使用最广泛的浪涌抑制器件。

压敏电阻MOV特点：

1） 通流量较大，一般在数十KA。

2） 残压较高，因此需要配合其他次级保护器件。

3） DC漏电流小。

4） 寄生电容较大，在nF左右，因此高速信号限制使用，交流时漏电流较大。

5） 反应时间较快，在数十nS级别。

6） 使用寿命较短，损坏模式短路较多。

3.半导体放电管（TSS）

TSS是一种相对特殊的保护器件，当外加电压低于其不动作电压VDRM时，管子的漏电流极小，相当于断路；当外电压继续加大时，开始发生击穿（类似于二级管）；当外电压进一步加大后，管子的两端变成导通状态，相当于短路，可以泄放很大的电流；当外电压撤去以后，管子即可恢复断态。

应用特点：

1） 响应快，在ns级。

2） 寄生电容小。

3） 存在维持电流。

4） 漏电流很小。

5） 双向对称特性。

6） 通流量在几百A，不大。

最重要的应用注意事项是应用在有源应用中必须加限流电阻，保证系统工作电流和短路电流小于维持电流IH，否则TSS就会一直导通。

4.瞬态抑制二极管（TVS）

TVS是EMC防护器件中最好用的器件之一，主要是响应速度快，对ESD等作用显著。TVS通常用于保护传输或数据线路以及电子电路，使其免受雷击、感应负载开关和静电放电等引起的电气过压损害。

应用特点：

1） 响应快 ns级

4.2 漏电流较大

4.3 通流量较小

◆交流220V接口的防护设计:

◆直流输入端口的防护设计：

基本思路如上，差别主要在于参数的选择。

对于直流电源端口，一般总有一极接地，我们可以采取如下图所示的组合保护电路。该电路只是对上图的适当剪裁，工作原理相同。

小结

实际上电源输入端口的防护设计看起来类型比较简单，无非就是几种防护器件的组合应用，我们实际设计中是没有标准结构的，也不可能一味的堆叠器件，因此首先还是要考虑应用场合，譬如电源端口安全隐患是否大（容易误插等），室内还是室外，电磁环境是否复杂（设备附近有大电机），以及后级电路是否敏感脆弱等。可能一个TVS就可以解决了EMC的防护问题，也可能因为系统布线等问题导致电源的传导骚扰绕过了端口等。因此解决电源端口的防护设计问题依然还是要设计加验证，仔细考虑详细的器件参数，综合评估给出方案，但是万变不离其宗，理解了基础才有长袖善舞的可能。