更小和更高密度的電子產(chǎn)品是一個持續(xù)的趨勢。然而，這些日益集成和復雜的設計現(xiàn)在變得更加敏感，更容易受到閃電和其他高壓浪涌等瞬態(tài)威脅造成的損壞和停機。由于電信、工業(yè)和醫(yī)療設備設計的性質各不相同，單一設備的浪涌保護解決方案很少可行。需要采用多階段/多技術保護方法來利用每種技術的優(yōu)勢和劣勢。

比較過壓保護

過壓設備轉移快速浪涌能量，例如閃電，而大多數(shù)過流設備增加電阻以限制來自較長持續(xù)時間的浪涌電流的浪涌電流。有兩種類型的限壓保護器：開關器件（如 GDT）和鉗位器件（如 MOV 和 TVS）（見表）。GDT 因其極低的電容和低泄漏特性以及高浪涌電流處理能力而廣受歡迎。

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通常放置在電路中以限制電壓并將浪涌電流轉移到地（共模）或源（差模），GDT 具有非常高的阻抗 (>1 GΩ)，因此在正常情況下對電路幾乎不可見手術。當電壓擾動超過 GDT 的擊穿值時，它將切換到虛擬短路，稱為電弧模式，分流浪涌電流并保護設備。由于電離 GDT 內的氣體需要時間，GDT 通常具有相當慢的響應時間。傳統(tǒng)的 GDT 器件可提供強大的過壓保護，但這樣做的代價是寶貴的 PCB 空間。 ?

使用三級解決方案進行有效保護???

設計人員可以為高密度設計使用先進的三級保護解決方案。這采用 TVS 二極管進行二級保護，高速保護器 (HSP) 設備進行協(xié)調，并采用 GDT 進行初級保護，最適合位于暴露瞬態(tài)環(huán)境中的應用。它提供協(xié)調響應，為各種電信或工業(yè)接口提供高水平的保護，遠遠超過單級組件解決方案的處理能力。

單獨的 TVS 二極管對低電平瞬變有效。它會將瞬態(tài)信號駐留至其峰值脈沖電流，但無法處理高于此值的情況。隨著 TVS 二極管暴露的入射瞬態(tài)電壓增加，超過電流限制的擔憂也隨之增加。使用串聯(lián)電阻保護 TVS 會導致電壓降過大，并且在通信的情況下會大大縮短環(huán)路距離。

圖 1：最大化 HV 瞬態(tài)保護需要三級設計。

HSP使用MOSFET半導體技術構建。當串聯(lián)在GDT和TVS之間時，HSP監(jiān)控流經(jīng)線路的電流。如果電流超過預設水平，則該裝置觸發(fā)并提供對高電壓和電流的屏障。觸發(fā)電流范圍為150至500 ma，峰值沖擊電壓耐受能力為650至850 V。Bourns的HSP設備稱為TBU-DT系列。它們是一種可復位裝置，工作時間約為1μs。正常串聯(lián)電阻為5至10?. 操作時，該裝置通常將線路電流限制在1mA以下。

當暴露于快速上升瞬態(tài)事件時，較快的TVS二極管將首先開始箝位，并通過HSP傳導電流。一旦超過了HSP的電流閾值，它將保護TVS二極管和下游組件。它還允許GDT觸發(fā)并獲取浪涌事件產(chǎn)生的大部分電流。其結果是一種極快的保護，消除了單個保護技術的缺陷。

設計工程師可以利用此解決方案來提高浪涌和瞬態(tài)保護水平–HSP限制通過能量，TVS二極管將信號保持在最大限度內，主GDT保護HSP設備免受過度瞬態(tài)電壓的影響。

圖2：Bourns扁平低剖面GTD裝置。

空間約束設計的魯棒保護

隨著設備的縮小，PCB 上的空間限制增加。GDT 通常采用直徑為 8 毫米的圓柱形封裝。最近，一種具有扁平磁盤封裝的初級 GDT 保護的新設計已經(jīng)面世。與標準 8 mm 設備相比，Bourns FLAT GDT 可節(jié)省 75% 的體積，并提供水平或垂直安裝版本（圖 2）。2 電極器件有五個版本，具有 90 至 420 V DC 火花放電，額定為 10,000 Arms，持續(xù)時間為 8/20 μs，可用于十次以上的操作。

審核編輯 黃昊宇