常用的过压保护器件有压敏电阻、瞬态抑制二极管TVS、超大功率TVS、静电保护元件ESD、陶瓷气体放电管GDT、玻璃气体放电管SPG,半导体放电管TSS等,每种保护器件制造工艺及材质不同,决定了其性能也不同,下面简单介绍各个过压保护器件的性能比较。
从上图和上表可以看出,各类过电压保护器件中GDT为通流量最大的器件,单体器件可做到100kA(8/20μs)或更大。GDT的导通为气体电离形成导电通道,需要较大的能量去激发它,有一个能量累积的过程,所以GDT的响应时间是所有过电压保护器件中最慢的一个。GDT的优点是电容低,绝缘阻抗大,可用于高速通信线路防雷保护,如同轴电缆,电话线接口,高清视频接口、以太网口等。
MOV的通流量仅次于GDT,响应速度为纳秒级,广泛应用于电源线,低频信号线的防雷保护。MOV单体通流量可以做到70kA(8/20μs )或更大,压敏电压可做到1800V。MOV是由氧化锌和其他金属氧化物采用材料混合及高温烧结的工艺制成的多晶半导体材料,其晶格结构决定了它在长期的浪涌冲击中容易老化。而GDT和SPG具有较大的绝缘阻抗,在AC输入端常和MOV串联来应用,以减缓MOV的老化。
超大功率TVS采用大面积芯片叠加制成,比普通的TVS功率大几十甚至几百倍,可直接替代MOV应用于交流输入端口的第一级防雷保护。它具有通流量大、响应速度快、无老化、钳位电压低等优点,适用于对防护器件要求较高的应用场合,如通信电源、飞机、火车等领域。
TSS为一种具有负阻特性的浪涌保护器件,由于其特殊的PNPN结结构设计,在相同的芯片面积上,TSS可以做到比同尺寸及电压的TVS通流量大几倍,而电容比同规格的TVS小几倍,可以用于一些低速通信线路的浪涌保护,如RS485、RS232、CAN、RJ11等。TSS具有较高的性价比,是低速通信线路浪涌防护的理想选择。
TVS为单个PN结或多个PN集成在一起的器件,具有反应速度快,钳位电压低,电压精度高等优点。TVS一般采用贴片或插件封装,体积较小,常应用于直流电源线或低速通信线路的浪涌防护。
ESD为防静电元件,由多个二极管或TVS组合而成的具有特定线路布局的TVS阵列,其导通时间较TVS慢一些。静电放电一般为纳秒级的脉冲,破坏力相对较小,所以ESD器件的芯片晶粒面积也较小,可以做到小型微型化封装。通过电路结构设计,ESD器件结电容最小可以做到零点几个皮法,适用于高速数据线路的ESD防护,如HDMI、USB3.0、IEEE1394等。
