浪涌保护元件介绍

电子电路需要面对不稳定的市电波动,雷击,ESD等各种恶劣环境考验, 为了保证长期可靠稳定工作,需要通过添加保护元件来解决浪涌冲击问题. 常见的浪涌保护元件,包括压敏电阻,TVS,放电管,自回复保险丝等, 本文对各类元件做简单介绍.

1. 压敏电阻 VDR

“压敏电阻"是一种具有非线性伏安特性的电阻器件，主要用于在电路承受过压时进行电压钳位，吸收多余的电流以保护敏感器件。英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”, 或者叫做“Varistor"。压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。

现在大量使用的"氧化锌"（ZnO）压敏电阻器，它的主体材料有二价元素锌（Zn）和六价元素氧（O）所构成。所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。因此也有称为MOV(Metal Oxide Varistor)金属氧化物压敏电阻.

压敏电阻相应速度ns级,高于气体放电管,稍慢于TVS. 吸收浪涌能力强. 可以适合一般电子电路的电压浪涌,ESD,雷击等各种过压保护,因此广泛应用于各种电路中.

2. 瞬态抑制二极管    TVS

瞬态抑制二极管 TVS(Transient Voltage Suppressor), 原理与稳压二极管类似,如果高于标志上的击穿电压，TVS二极管就会导通，与稳压二极管相比，TVS二极管有更高的电流导通能力。

TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，以10^-12S 量级速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，同时吸收高达数千瓦的浪涌功率当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。

具有极快的响应时间（亚纳秒级）和相当高的浪涌吸收能力。是普遍使用的一种高效电压保护器件. 

3.气体放电管    GDT

气体放电管GDT(Gas Discharge Tubes)，内部由两个或多个带间隙的金属电极，充以惰性气体氩气，氖气构成，当加到两电极端的电压达到使气体放电管内的气体击穿时，气体放电管开始放电，由高阻抗变成低阻抗，使浪涌电压迅速短路至接近零电压，并将过电流释放入地，从而对后续电路起到保护作用。 

气体的放电管, 漏电流下,吸收浪涌能力很强, 可用于雷击吸收. 但相应速度较慢, us级. 所以在速度要求高的场合往往需要与高速的保护器件配合使用.

4. 半导体放电管    TSS

半导体放电管TSS (Thyristor Surge Suppressors) 也叫做固体放电管，是一种开关型的浪涌过压保护器件. 它的工作原理类似于晶闸管，内部为4层半导体结构, 有三个PN结. 依靠PN结的击穿电流触发器件导通放电，,导通一定的时间后呈低阻状态，从而可以流过很大的浪涌电流或脉冲电流；当浪涌脉冲过后，电压要低于它的断流电压才能恢复到开路状态.

半导体过压保护器是根据可控硅原理采用离子注入技术生产的一种新型保护器件，具有精确导通、快速响应（响应时间ns级）、浪涌吸收能力较强、双向对称、可靠性高等特点。

5. 自恢复保险丝    PTC

自恢复保险丝是一种过流电子保护元件，采用高分子有机聚合物在高压、高温，硫化反应的条件下，掺加导电粒子材料后，经过特殊的工艺加工而成。传统保险丝过流保护，仅能保护一次，烧断了需更换，而自恢复保险丝具有过流过热保护，自动恢复双重功能

PTC (Positive temperature coefficient) 即正温度系数元件, 利用自热原理,在通过大电流时, 经过相变的材料会呈现出电阻沿狭窄温度范围内急剧增加几个至十几个数量级的现象，即非线性PTC效应。相当多种类型的导电聚合体会呈现出这种效应，如高分子PTC热敏电阻。PTC响应对于限流和过流保护是非常合适, 相对一般电阻的限流作用, PTC由于其陡峭的阻温特性,是的保护速度迅速, 功耗低 . 

上面介绍了5种常见的浪涌保护器件, 其中前三种都是限压型的电压保护元件, 第5种则是限流型的过流保护元件. 每种元件各有特点, 有对应的应用场合, 关于各种元件的优缺点比较和应用将在后面的文章介绍.