常用的EMC防護(hù)器件選型技巧

一、壓敏電阻（MOV）

壓敏電阻的選型最重要的幾個(gè)參數(shù)為：最大允許電壓、最大鉗位電壓、能承受的浪涌電流。

首先應(yīng)保證壓敏電阻最大允許電壓大于電源輸出電壓的最大值；其次應(yīng)保證最大鉗位電壓不會(huì)超過(guò)后級(jí)電路所允許的最大浪涌電壓；最后應(yīng)保證流過(guò)壓敏電阻的浪涌電流不會(huì)超過(guò)其能承受的浪涌電流。

工作原理：壓敏電阻相當(dāng)于一個(gè)可變電阻，它是并聯(lián)于電路中。當(dāng)電路正常工作時(shí)，它的阻抗很大，漏電流很小，相當(dāng)于開(kāi)路，對(duì)電路幾乎沒(méi)有影響。但當(dāng)一個(gè)很高的突波電壓到來(lái)時(shí)，壓敏電阻的電阻值瞬間下降，使它可以流過(guò)很大的電流，同時(shí)將電壓鉗位在一定數(shù)值。

選型方法:

1、確定應(yīng)用電路正常工作電壓和壓敏電阻，一般情況壓敏電壓實(shí)際數(shù)值是電路最大直流工作電壓的1.5倍，在交流狀態(tài)下需考慮峰值，結(jié)果應(yīng)擴(kuò)大1.414倍

2、根據(jù)防護(hù)量級(jí)確定壓敏電阻通流量

電源電路差模防護(hù)：由內(nèi)阻決定（測(cè)試防護(hù)量級(jí)2Ω），通流量2倍

電源電路共模防護(hù)：由內(nèi)阻決定（測(cè)試防護(hù)量級(jí)12Ω），通流量2倍

信號(hào)電路共模防護(hù)：由內(nèi)阻決定（測(cè)試防護(hù)量級(jí)42Ω），需考慮結(jié)電容，通流量2倍

3、確定壓敏電阻兩端的結(jié)電容

電源電路:如果加在線線之間，可以不用關(guān)注，加在線對(duì)地之間共模防護(hù)，需考慮漏電流對(duì)產(chǎn)品影響，加保險(xiǎn)絲。

信號(hào)電路:高速信號(hào)線上盡可能選擇結(jié)電容小的器件

選型注意事項(xiàng)

1） 要求器件的最大通流量為理論計(jì)算通流量2倍以上，即Imax≥I工作*2

2） 若通流量不能滿足使用要求時(shí)，將幾只單個(gè)的壓敏電阻并聯(lián)使用，其通流量為個(gè)單只壓敏電阻數(shù)值之和。要求并聯(lián)電阻伏安特性盡量相同，以免分流不均損壞壓敏電阻。

3） 壓敏電阻在應(yīng)用到電源電路之前必須加保險(xiǎn)絲。

4） 壓敏電阻用于電源口對(duì)地進(jìn)行共模防護(hù)，需在線地之間增加保險(xiǎn)絲，防止器件失效導(dǎo)致電源對(duì)地短路。

防護(hù)電路工作頻率確定壓敏電阻結(jié)電容:根據(jù)防護(hù)電路工作速率確定能夠加在線路上的對(duì)地電容，一般對(duì)于信號(hào)接口線路需要考慮工作頻率和結(jié)電容。

AC電源輸入防護(hù):壓敏電阻同流量大，因此結(jié)電容比較大，用在交流電源口漏電流比較大，因此需要配合氣體放電管使用。

壓敏電阻是放保險(xiǎn)絲前面還是后面

在同時(shí)使用保險(xiǎn)絲及壓敏電阻的時(shí)候，壓敏電阻放保險(xiǎn)絲前面還是后面呢?查閱了網(wǎng)上的一些資料，有的說(shuō)先保險(xiǎn)絲，然后再是壓敏電阻。理由如下:壓敏電阻工作時(shí)，通過(guò)燒毀保險(xiǎn)絲，把系統(tǒng)的電給斷掉，但是我遇到的電路很多就是把壓敏電阻用在保險(xiǎn)絲之前我估計(jì)他們這樣設(shè)計(jì)的原因是，壓敏只不過(guò)是防止雷擊之類的，這樣，雷擊完了，保險(xiǎn)絲還是好的，可以正常工作。

如上圖，這是保險(xiǎn)絲在壓敏電阻之前，當(dāng)有高電壓(比如雷擊)從 Vin 進(jìn)來(lái)時(shí)，你看看會(huì)有什么結(jié)果，應(yīng)該是壓敏電阻損壞，保險(xiǎn)絲也斷掉。分析原因:Vin 有高電壓時(shí)，壓敏電阻 RV7 短路，此時(shí)電流經(jīng)過(guò)保險(xiǎn)絲直接跟地短路了，定會(huì)產(chǎn)生很大的電流。保險(xiǎn)絲絕對(duì)斷掉。所以，保險(xiǎn)絲跟壓敏電阻是同時(shí)壞掉

下面看保險(xiǎn)絲接壓敏電阻后面的情況，如下圖

這個(gè)就要分兩種情況第一種情況是 Vin 有高電壓(比如雷擊)進(jìn)來(lái)時(shí)，此時(shí)壓敏電阻 RV8 短路，保險(xiǎn)絲 F3 這里沒(méi)有大電流經(jīng)過(guò)，所以保險(xiǎn)絲不會(huì)斷。后面的電路也不會(huì)損壞，此時(shí)是壓敏電阻損壞，保險(xiǎn)絲完好。

第二種情況是 Vin 有電網(wǎng)瞬間波動(dòng)大電流進(jìn)來(lái)，但電壓是沒(méi)變，此時(shí)壓敏電阻 RV8 沒(méi)有損壞，照常工作。但保險(xiǎn)絲F3 因有大電流經(jīng)過(guò)，保險(xiǎn)絲立即就熔斷了。后面的電路得以保護(hù)。此時(shí)的情況就是壓敏電阻沒(méi)事，保險(xiǎn)絲斷了。

二、氣體放電管（GDT）

氣體放電管屬于開(kāi)關(guān)型器件，相對(duì)于壓敏電阻，它有一些差異特性，如導(dǎo)通延時(shí)長(zhǎng)、導(dǎo)通后需要續(xù)流、極間電容小、絕緣電阻高、泄露電流小等，因此常和壓敏電阻串并聯(lián)使用。例如串聯(lián)時(shí)，可以解決壓敏電阻泄露電流大、長(zhǎng)期使用性能衰減或失效的問(wèn)題；并聯(lián)時(shí)，加快保護(hù)電路響應(yīng)時(shí)間，氣體放電管擊穿后分掉大部分電流。

1.工作原理：當(dāng)外加電壓增大到超過(guò)氣體的絕緣強(qiáng)度時(shí)，兩極間的間隙將放電擊穿，由原來(lái)的絕緣狀態(tài)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電狀態(tài)，導(dǎo)通后放電管兩極之間的電壓維持在放電弧道所決定的殘壓水平。為開(kāi)關(guān)型過(guò)電壓保護(hù)器件。正常的回路中處于高絕緣柵狀態(tài)（GΩ級(jí)別）

2.技術(shù)參數(shù)：直流擊穿電壓 沖擊擊穿電壓 耐沖擊放電電流 絕緣電阻（大于1GΩ） 結(jié)電容（小于3pF） 誤差范圍（直流擊穿電壓+-20%）

3.選型

直流開(kāi)啟電壓，沖擊電壓越低越好，GDT響應(yīng)速度越快（應(yīng)用端口的工作電壓需高于直流開(kāi)啟電壓的最小值）

A選型方法

1）根據(jù)電路工作電壓確定直流擊穿電壓（V擊穿>=(1.5~2)*V工作）

2）根據(jù)電路防護(hù)量級(jí)，去頂頂氣體放電管的通流量（I實(shí)際>2*I額定）

3）根據(jù)電路工作頻率，確定器件最大結(jié)電容

4）根據(jù)保護(hù)電路特性決定放電管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

5）耐壓測(cè)試時(shí)，器件的直流擊穿電壓必須大于耐壓測(cè)試電壓

4.防護(hù)器件特性應(yīng)用：MOV+GDT應(yīng)用于電源端口

前級(jí)與后級(jí)間，必須增加退耦器件，且通流量由后級(jí)決定。

三、瞬態(tài)電壓抑制器TVS

同樣作為保護(hù)器件，TVS與壓敏電阻和氣體放電管相比，響應(yīng)速度更快，耐浪涌沖擊能力較差，屬于鉗位器件，鉗位電壓更穩(wěn)。常作為靜電防護(hù)器件，也可以壓敏電阻、氣體放電管配合使用，作為分級(jí)防護(hù)釋放浪涌能量。

1.類似于普通的穩(wěn)壓管，是鉗位型的干擾吸收器。

2.與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)使用。其具有極快的響應(yīng)時(shí)間(亞納秒級(jí))和相當(dāng)高的浪涌吸收能力。可用于保護(hù)設(shè)備或電路免受靜電、電感性負(fù)載切換時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓以及感應(yīng)雷所產(chǎn)生的過(guò)電壓。

3.選型方法

1）、根據(jù)保護(hù)電路工作電壓，確定器件反向關(guān)斷電壓。

直流供電:Vrwm(反向關(guān)斷電壓)≥V工作 交流供電:Vrwm≥V工作*1.414

最大工作電壓需按電源口特性測(cè)試要求最大值來(lái)選擇（直流工作電壓范圍大，往高的選）。

2）、根據(jù)防護(hù)技術(shù)要求，確定TVS管鉗位電壓和功率參數(shù)。

最大鉗位電壓Vcmax≥(1.5-2.0)*Vrwm,一般反向關(guān)斷電壓和通流量Ipp確定后，TVS管需滿足最小峰值功率Pw≥Vcmax*Ipp＝(1.5-2.0)*Vrwm*Ipp。

3）、根據(jù)防護(hù)電路工作頻率確定TVS管結(jié)電容。

4.選型要點(diǎn)

1 ） 反向關(guān)斷電壓≥保護(hù)電路最大工作電壓(Vrwm＞V工作)。

2 ）TVS管的最大鉗位電壓一般為擊穿電壓的1.4倍左右。

3 ） 對(duì)于小電流負(fù)載的保護(hù)，可在線路中增加限流電阻。

4 ）對(duì)于電源電路上應(yīng)用TVS管選型除了需要注意選擇通流量要有一定余量設(shè)計(jì)以外，還需考慮電源電路正常工作時(shí)的電壓波動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致TVS管誤動(dòng)作，在選型時(shí)反向關(guān)斷電壓的選擇需大于電路的最大波動(dòng)電壓。

5 ）TVS管通流量有限，所以TVS管一般情況下不單獨(dú)用于電源口的浪涌防護(hù)設(shè)計(jì)。

6 ）TVS管接地端應(yīng)用在需要打絕緣耐壓的機(jī)殼地(PGND)上，需滿足絕緣耐壓500AC的要求。

TVS管應(yīng)用

TVS管用于ESD防護(hù)：通常對(duì)外信號(hào)與電源接口都需要進(jìn)行ESD防護(hù)設(shè)計(jì)，雖然靜電電壓比較高，但靜電脈沖電流時(shí)間比較短，通常幾十納秒，因此對(duì)于防靜電的TVS來(lái)講，通常200w功率都可以滿足15KV靜電干擾。

TVS管用于芯片ESD保護(hù)：在信號(hào)接口進(jìn)行浪涌或靜電防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，如果TVS的殘壓過(guò)高，導(dǎo)致芯片不能承受時(shí)，可以在TVS后信號(hào)上串聯(lián)電阻進(jìn)行分壓，從而降低芯片上所得到的殘壓。

TVS管用于芯片保護(hù)：在信號(hào)接口進(jìn)行浪涌防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，如果TVS功率不夠，可以采取前面加功率電阻分壓限流，從而降低TVS管上所承受瞬態(tài)能量。

TVS管應(yīng)用總結(jié)：

電源接口防護(hù)：DC電源浪涌、ESD防護(hù)

I/O接口防護(hù)：接口電源防護(hù)

敏感芯片防護(hù)：信號(hào)/電源ESD、浪涌防護(hù)

TVS防護(hù)器件PCB走線:防護(hù)器件靠近接口位置，走線需短

四、X電容

X電容作為安規(guī)電容，跨接在L、N線之間，用于濾除電源差模干擾。其體積較大，但允許紋波電流較高，且耐壓高。根據(jù)不同的應(yīng)用可以選擇X1、X2或X3電容。比如常用的X2電容，可以用于電網(wǎng)瞬態(tài)電壓≤2.5KV的地方。

五、Y電容

Y電容通常會(huì)通?？缃釉谝淮坞娐泛投坞娐分g或一次電路和保護(hù)地之間，以濾除共模噪聲。其容量通常較小以滿足漏電流要求。

Y電容可以分為Y1、Y2、Y3、Y4等級(jí)，對(duì)于不同的等級(jí)能承受不同的脈沖電壓，且要求在電氣和機(jī)械性能等方面有足夠余量，避免出現(xiàn)擊穿短路現(xiàn)象，危急人身安全。

六、差模電感

通常用于濾除低頻干擾。在差模浪涌測(cè)試時(shí)，會(huì)存儲(chǔ)一部分能量并隨即釋放。在輸出端靜電試驗(yàn)時(shí)，也會(huì)有同樣作用，如果將差模電感放在整流橋后，要小心其能量釋放時(shí)產(chǎn)生的高壓將整流橋損壞。

七、共模電感

共模電感通常用于濾除高頻干擾。在共模浪涌測(cè)試時(shí)，可以在繞組上并聯(lián)鉗位器件或增加放電齒，避免拉弧影響電路正常工作。

另外，兩繞組間的不完全耦合會(huì)形成差模電感。

八、熱敏電阻NTC

為防止冷機(jī)啟動(dòng)，沖擊電流過(guò)大的問(wèn)題，通常在前級(jí)電路中加入NTC。若NTC放在鉗位器件和保險(xiǎn)絲之間，差模浪涌測(cè)試可能將其燒毀。若放置在鉗位器件后面，保險(xiǎn)絲有可能燒斷，因此，不能選用熔斷時(shí)間太快、電流太小的保險(xiǎn)絲。

九、半導(dǎo)體放電管（TSS）

1.工作原理

TSS是一種PNP型器件，可以看作是一個(gè)沒(méi)有門(mén)極的晶閘管。

2.選型方法

3.選型注意事項(xiàng)

十、實(shí)例

以AC-DC開(kāi)關(guān)電源浪涌試驗(yàn)為例，當(dāng)共模電壓6KV加在ACL-PE或ACN-PE上時(shí)，其路徑等效為一個(gè)內(nèi)阻約12Ω的電壓源與共模電感、Y電容串聯(lián)。因Y電容選用了Y1等級(jí)，其耐壓較高，浪涌能量不足以使其損壞，因此僅需保證PE布線與其他布線保持一定間距即可。

但是測(cè)試時(shí)，共模電感兩端的高壓可能引起飛弧，若其他器件靠近可能會(huì)被影響。因此在其上并聯(lián)了壓敏電阻限制其電壓，從而起到滅弧的作用。若考慮成本，也可以考慮使用放電齒。

另外，還可以考慮用氣體放電管配合壓敏電阻等方式來(lái)設(shè)計(jì)抗浪涌電路。

審核編輯：劉清