【技术】三大常见电路保护器件GDT、MOV和TVS原理及应用对比
电路保护主要有两种形式：过压保护和过流保护。选择适当的电路保护器件是实现高效、可靠电路保护设计的关键，涉及到电路保护器件的选型，我们就必须要知道各电路保护器件的作用。在选择电路保护器件的时候我们要知道保护电路不应干扰受保护电路的正常行为，此外，其还必须防止任何电压瞬态造成整个系统的重复性或非重复性的不稳定行为。
电路保护最常见的器件有三种：GDT、MOV和TVS。本文全业电子将逐一介绍。
GDT陶瓷气体放电管
在正常的工作条件下，一只GDT的并联阻抗约为1TΩ，并联电容为1pF以下。当施加在GDT两端的电势低于气体电离电压（即“辉光”电压）时，GDT的小漏电流（典型值小于1pA）和小电容几乎不发生变化。一旦GDT达到辉光电压，其并联阻抗将急剧下降，从而电流流过气体。不断增加的电流使大量气体形成等离子体，等离子体又使该器件上的电压进一步降低至15V左右。当瞬变源不再继续提供等离子电流时，等离子体就自动消失。GDT的净效果是一种消弧作用，它能在1ms内将瞬变事件期间的电压限制在大约15V以下。GDT的一个主要优点是迫使大部分能量消耗在瞬变的源阻抗中，而不是消耗在保护器件或被保护的电路中。GDT的触发电压由信号电压的上升速率（dV/dt）、GDT的电极间隔、气体类型以及气体压力共同确定。该器件可以承受高达20kA的电流。
GDT有单极和三极两种形式。三极GDT是一个看似简单的器件，能在大难临头的关键时刻保持一个差分线对的平衡：少许的不对称可以使瞬变脉冲优先耦合到平衡馈线的某一侧，因而产生一个巨大的差分信号。即使瞬变事件对称地发生在平衡馈线上，两个保护器件响应特性的微小差别也会使一个破坏性的脉冲振幅出现在系统的输入端上。三极GDT在一个具有共用气体容积的管内提供一个差分器件和两个并联器件。造成一对电极导通的任何条件都会使所有三个电极之间导通，因为气体的状态（绝缘状态、电离状态或等离子状态）决定了放电管的行为。
MOV压敏电阻
它是一种是随电压而变化的非线性电阻器。烧结的金属氧化物形成一种犹如两个背对背串接的齐纳二极管的结构。在正常工作情况下，MOV的典型漏电流为10mA量级，并联电容约为45pF。电压升高到超过MOV阈值，就会使其中一个分布式齐纳二极管产生雪崩，因而使该器件对被保护的节点进行箝位。不断增加的电流最终使器件两端的电压上升——这是大多数批量材料都有的一个限制因素。
作为一种箝位器件，MOV能大量吸引瞬变能量，而气体放电管则将瞬变能量耗散在瞬变源阻抗以及瞬变源与被保护节点之间的电阻中。在容许MOV的漏电和并联电容的应用场合（如电源、POTS和工业传感器），MOV可配合GDT，对闪电引起的瞬变进行良好的二次防护，因为MOV的触发速度要比气体等离子体避雷器快一个数量级。反复出现的过热应力的累积会使MOV过热，降低其性能。因此，务必仔细分析你打算支持的瞬变规范，确定你要求MOV吸收的总能量和最坏情况下的瞬变重复率，保守地制定器件的规格。
TVS瞬变电压抑制器
一个TVS的并联电容通常只有几十皮法，但有些新的TVS的并联电容增加了不到10pF。电压最低的TVS，其漏电流往往为100mA以上，而工作电压为12V以上的TVS，其漏电流则为5mA以下。
当前TVS的发展趋势是提高集成度，支持高密度便携设备。在芯片尺寸封装中包含多个器件，使节点间隙更好地匹配被保护的IC或接口连接器。集成的TVS与EMI滤波器可在一个封装内完成两个关键任务，并可简化通过I/O口布放总线的工作。多个TVS封装因其小巧而成为高密度组件中最常见的保护器件。
这三种器件各有各的绝技，如何选择，就看你想要防止的损害是什么了，而且在具体的防护方案设计时，并没有规定说只能选择一种防护器件。FAE工程师完全可以根据实际的防护应用，将这三大主力电路保护器件组合使用，相信其迭加的防护能力一定优于单独使用的防护等级。
全业电子来举个例子：在电源系统的防雷保护电路中，采用压敏电阻与陶瓷气体放电管配合使用的方案很多，特别是在铁路、通信系统已被广泛使用。压敏电阻与陶瓷气体放电管配合使用的保护电路尽管有许多优点，例如：降低残压、控制压敏电阻的劣化等，但在使用过程中如果电路设计或元件选型存在问题，可能会导致保护电路出现燃烧、爆炸等故障，影响系统的正常运行，因此在选型环节，工程师一定要进行多次模拟测试，从而实现防护方案的可靠性和实用性。
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选择汽车用的TVS需要根据具体的应用场景和电路参数进行选型，以确保TVS能够有效地保护汽车电路。通常DC12V电源系统常用的TVS型号是SM8S24A，DC24V电源系统常用的型号是SM8S33A(感兴趣的小伙伴可以去里阳半导体官网中查看)。如果您觉得选型麻烦，可找世强硬创平台为您提供合适的方案。
【元件】UN3E3-XXXLSMD系列全方型外观结构的陶瓷气体放电管，更好用于通信、电力系统、医疗设备与工业等领域
优恩半导体UN3E3-XXXLSMD系列陶瓷气体放电管在设计采用了全方型的外观结构，这种设计不仅使得放电管在外观上更加美观大方，它在实际应用中也带来了诸多优势，如更便捷的安装与布局、更优化的电气性能、更高的稳定性，使其可以更好的应用于通信、电力系统、医疗设备与工业等领域。
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整体外形尺寸小至0.6*0.3*0.3mm (DFN0603)，工作电压范围覆盖2.5V~36V，电容值低至0.2pF，浪涌能力最高可达240安培，静电等级可达空气放电、接触放电±30KV。提供免费浪涌测试仪、静电测试仪测试。
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加工精度：精密平面磨床正负0.002；铣床正负0.02，ZNC放电正负0.01。CNC加工材料：铝、钢、聚合物等材料。专注于半导体行业、医疗器械、汽车行业、新能源行业、信息技术行业零部件加工。
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