电源端口的浪涌防护设计方案原理

浪涌和静电防护设计方案之前，要先确定产品防护等级、是否有安规需求、成本预算等等相关问题。不同行业的产品，所需要的防护等级要求是不一样的，比如军工用品和消费品并不在一个等级上面。其实，浪涌防护设计原理并不难，只是因为在成本和体积的限制下，才显得不太好处理。为此，在浪涌防护设计方案中，处处存在妥协，没有完美的设计方案，只有合适的设计方案。

在浪涌防护方案设计中，一般采用“多级防护、逐级削减；泄放为主、阻挡为辅”的模式进行系统级的浪涌防护。浪涌防护原理示意图如下：

第一级保护

第一级保护一般最容易引入雷电的端口，如建筑物进线口、AC电源输入端口等，一般根据应用场合选取不同类型大通流保护器件。电源端口的第一级防护一般选用钳位型大通流保护器件。电源端口是为系统提供能量的端口，具有较高的电压或较大的电流，若在电源端口选用开关型保护器件，过电压时开关型器件导通后电压较低，本身影响系统的供电电压，另一方面系统电压有可能会维持其一直处于导通状态不能正常断开，系统长时间通过较大的电流（如安培级电流）可能对电路板造成致命伤害，甚至引起火灾。

针对电源端口第一级钳位型过电压保护器件，一般选用压敏电阻、超大功率TVS二极管、防雷模块（SPD）等。而在信号端口，第一级防护一般采选用陶瓷气体放电管GDT、玻璃放电管SPG、半导体放电管TSS、信号类防雷模块(SPD)等。当然，低速信号端口也可选择钳位型器件进行第一级防护，但前提是钳位型器件的结电容不能太大，否则会影响通信线路的正常通信。

退耦元件

由于第一级防护器件与第二级防护器件采用的过电压保护器件种类不同，击穿电压大小不同，响应时间不同，所以要在两级过电压保护器件之间加退耦元件才能保证两级过电压保护器件协同工作。退耦元件要求有一定的阻抗才能起到退耦的作用。

退耦器件的选取要根据线路的工作电流大小来选取，如一些信号电路工作电流较小，在保证其正常通信的情况下可选取功率型电阻或自恢复保险丝（PPTC），退耦电阻一般选取10Ω 以内。从浪涌防护的角度来讲退耦电阻越大越好，但也不能太大，否则会影响线路正常工作电流，需要工程师在电路设计时综合考虑。 对于一些输入电流较大的低频线路，可选用电感来进行退耦，电感阻抗的计算公式为 Z=2πfL，当确定好退耦阻抗值后，可从公式中计算出所用电感的大小。

第二级保护

第二级防护与第一级防护类似，一般选用反应速度较快、钳位电压低的TVS二极管、ESD静电保护二极管等。

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