常用EMC防护器件使用分析.docx

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常用EMC防护器件使用分析

1案例描述2

2案例分析2

2.1气体放电管2

2.1.1GDT管简介2

2.1.2GDT管使用实例3

2.2TVS管4

2.2.1TVS管简介4

2.2.2TVS管使用实例5

2.3TSS管6

2.3.1TSS管简介6

2.3.2TSS管使用实例7

2.4防护器件的使用区别8

3解决过程8

4解决结果8

5总结9

关键词：

TSSTVSGDTEMC

摘要：

平时设计中每一个监控产品都有它的防护方案，这些防护措施中总离不开EMC防护器件，目

前我们常用的有GDT管、TSS管、TVS管等。

本文分析了这些防护器件的基本作用原理，并举例说明，以供测试硬件可靠性的小伙伴们参考。

1案例描述

目前每一个监控产品都有自己的EMC防护措施方案，每个方案里都有各自的防护器件，常用的器件

有GDT管、TSS管、TVS管等，这些器件在电路中分别起到什么作用？

如何正确的使用这些防护器件，本文将进行具体说明，使大家有一个初步的认识。

2案例分析

2.1气体放电管

2.1.1GDT管简介

气体放电管GDT（gasdischargetube）实质是一种密封在陶瓷腔体中的放电间隙，腔体中充有

惰性气体以稳定放电管的放电电压。

其主要特点是通流能量大，可达数十至数百KA，绝缘电阻极高，无漏流，无老化失效，无极性双向保护，静态电容极小，特别适用于高速网络通讯设备的粗保护。

气体放电管是一种常用的过压保护产品，它依靠气体电离击穿放电来达到对过电压能量的释放。

广泛用于各种电源及信号线的第一级雷击浪涌保护。

气体放电管的主要参数有：

1）反应时间指从外加电压超过击穿电压到产生击穿现象的时间，气体放电管反应时间一般在μs

数量极。

2）功率容量指气体放电管所能承受及散发的最大能量，其定义为在固定的8×20μ电s流波形下，

所能承受及散发的电流。

3）电容量指在特定的1MHz频率下测得的气体放电管两极间电容量；气体放电管电容量很小，一般为≤1pF。

4）直流击穿电压当外施电压以500V/s的速率上升，放电管产生火花时的电压为击穿电压；气体放电管具有多种不同规格的直流击穿电压，其值取决于气体的种类和电极间的距离等因素。

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5）温度范围其工作温度范围一般在－55℃～＋125℃之间。

6）绝缘电阻是指在外施50或100V直流电压时测量的气体放电管电阻,一般>1010Ω。

2.1.2GDT管使用实例

GDT应用领域主要有：

AC电源、DC电源接口、485电路、视频接口、以太网接口等，部分监控产品中例如IPC、SVR产品的以太网接口有POE供电功能，其中POE电源部分采用GDT（BA401N+）气体放电管对浪涌冲击进行防护，在电路中的位置如下图所示：

2.2TVS管

2.2.1TVS管简介

电压钳位型瞬态抑制二极管（TVS），是一种用于吸收ESD能量、保护系统免受ESD/Surge损害的固态元件，一般应用在被保护系统的前级。

TVS管其工作原理为在反向应用条件下，当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗

能立即降至很低的导通值，允许大电流通过，并将电压箝制到预定水平，从而有效地保护电子线

路中的精密元器件免受损坏，如下图所示：

双向TVS可在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率，并把电压箝制到预定水平。

双向TVS适用于交流电路，单向TVS一般用于直流电路。

TVS管失效模式主要是短路，但当通过的过电流太大时，也可能造成因TVS被炸裂而开路。

TVS的使用寿命相对较长。

它与电路并联使用,电路正常时TVS处于关断状态呈现高阻抗,当有浪涌冲击电压时能以nS量级的速度从高阻抗转变为低阻抗吸收浪涌功率,使浪涌电压通过其自身到

地,从而保护电路不受侵害。

2.2.2TVS管使用实例

TVS管应用发展趋势将会朝着低压、低电容方向发展，这类产品突出的性能特点有：

1.低电压：

低电压工作的便携式设备（PDA）应用方面；

2.低电容：

高速数据传送，如：

T1/E1,Ethernet,USB和视频；

3.低漏电流：

对于便携式低功耗设备。

图为一款IPC产品的DCJACK原理图，从图中可以看到D1（SMCJ18CA）是一颗常用的

TVS管，其作用为保护产品的12V电源接口。

2.3TSS管

2.3.1TSS管简介

电压开关型瞬态抑制二极管（TSS—半导体放电管）,其工作原理与气体放电管类似，而与压敏电阻和TVS管不同。

当TSS管两端的电压超过TSS管的击穿电压时，TSS管将把过电压钳位到比击穿电压更低的接近0V的水平上，之后TSS管持续这种短路状态，直到流过TSS管的过电流降到临界值以下后，TSS

恢复开路状态。

TSS管不能直接用于有源电路。

相对于其他浪涌抑制器件，半导体放电管的优势在于：

1）反应速度快，残压低；

2）可靠性高、参数一致性好；

3）使用寿命长，可长时间重复使用；

4）结电容相对较低，可应用在高速传输设备上。

2.3.2TSS管使用实例

半导体放电管主要应用在485电路、视频接口、XDSL、电话接口等需要防雷保护的接口。

如下图所示，某款监控产品的告警输入、音频输入、音频输出、CVBS接口处都使用了TSS管进行浪涌共模防护。

图为RS232接口的浪涌防护措施，使用的是TSS管，其中D35、D49、D50、D34为共

模防护，D37、D48为差模防护。

2.4防护器件的使用区别

GDT管、TSS管、TVS管三种器件有共同点，也有不同点，结合各自特性，如下表所示：

防护器件

保护类型

应对EMC

GDT

TVS

特点

应用领域

3解决过程

无

4解决结果

无

过压保护

过压保护

过压保护

Surge

通流量大，结电容低，

绝缘高

AC电源、

DC电源接

口、485电路、视频接

口、以太网接口

ESD/Surge

Surge

漏电流低，响应速度快，瞬

态功率大

反应速度快，残压低，使

用寿命长，结电容低

485电路、232接口、USB485电路、232接口、视

接口、VGA接口、DC电

源接口

频接口、音频接口、电话

接口

5总结

在硬件可靠性EMC测试时，了解基本的防护器件的特性，掌握其工作原理，对更深入地掌握产品硬件知识起到重要作用。

测试时应更多地去深入了解产品内部的东西，而不只停留在表面，才能不断提高自身业务能力。