什么是退耦器件 如何实现浪涌防护?

一、什么是退耦器件

为实现多级之间浪涌保护的能量配合，我们一般都会在线路上串联适当的器件，这些器件就被我们称为退耦器件，退耦器件一般有电阻和电感，在信息系统一般选用阻性元件，因为这一类传输信号频率相对比较高，在不影响信号传输的前提下，退耦电阻的阻值越大越好；在电力系统一般选用电感。退耦电路能够有效的消除电路网络之间的寄生耦合。

二、退耦器件选择

对于通讯等很多电路来说，为了更好地保护后续电子设备，一般设计两级保护电路，第一级采用GDT（气体放电管）对暂态过电压波大部分能量进行泄流，第二级使用后级TVS(瞬态抑制二极管）将过电压箝位在一个较低的水平，保证其残压不超过所保护设备的耐受电压。

但是实际上由于GDT与TVS的性能差异很大，在放电响应时间方面，GDT一般放电响应时间为微秒级，而TVS的响应时间为纳秒级。两者的放电时间相差很大，如果不增加辅助元件，那么必定是TVS先导通，而TVS管的通流量很小，无法完成泄放而被击穿，最终导致拦截雷电失效。

为了实现两级间的能量配合，使GDT在暂态过电压波到达TVS之前提前导通泄流，需要在两级保护器件级之间加装退耦元件。加装退耦元件的目的在于延迟雷电流到达第二级的时间，同时也可加快气体放电管导通。而退耦电阻阻值还要兼顾到对信号线路正常通信造成的影响，一般的原则是在保证SPD保护效果的前提下，尽量减小因加入退耦电阻而对信号线路正常通信造成的影响。选择TVS管时候，要注意它的分布电容值，对于高频的信号而言，线路中的分布电容不能过大，要不然会影响信号传输质量。

以下图为例，如下图是RS422浪涌保护电路设计原理图

对于GDT，第一，根据保护电路工作电压来确定直流击穿电压，一般要求直流击穿电压为电路工作电压的1.5~2倍；第二，根据电路防护量级确定通流量，一般实际通流量要求是需要通流量2倍以上。

结合RS422的传输电性能以及设备耐压因素等特点，最终选择GDT型号为3RM090L-8。

第二级采用瞬态抑制二极管TVS，使其残压限制在一个较低范围以内。通常信号传输线上TVS的击穿电压（VBR应高于信号线上传输的信号电压），在此前提下，VBR应尽可能选得低一些。

具体的来说：

第一步：根据保护电路工作电压，确定器件反向关断电压，这里直流供电，那么Vrwm≥V工作；

第二步：根据防护技术需求，确定TVS管箝位电压和功率参数；

第三步：对于有些快速电路，还要根据工作频率来确定TVS结电容

最终，我们选定TVS管型号P6KE15A。

通过理论计算出退耦电阻值。利用公式，R=（US-UC）/IS，其中，Us是线路上可能出现的暂态过电压幅值，由于线路上的暂态过电压幅值难以预料，所以一般用气体放电管的冲击启动电压代替，本试验中选用的气体放电管规格是直流90V的，冲击电压700V，即US=700V，UC是TVS的限制电压，Is是TVS的额定脉冲电流值。Is可以用TVS的稳态功率除TVS的限制电压UC得到，TVS芯片稳态功率为600W，限制电压为15V，那么IS=600/15。最终计算得到R=17.125Ω。

从减小插入损耗的角度，应减小电阻，但为了提高充气放电管跟TVS的匹配效率应该增大电阻。这只是理论计算，我们在实际电路当中还需要进行测试，最终来选取合适的电阻值。

三、最后

在实际应用当中，退耦器件有时候不仅仅限制于电阻电感，电容、PPTC等都也可以作为退耦器件来使用，但是需要注意的是增加的退耦器件不能影响电路的正常工作，同时整个电路的通流量以后级电路来决定，当后级不能承受前级残余能量时，可以考虑增加一级保护，或者提高退耦阻抗。

编辑：黄飞