TVS管/ESD保护/压敏电阻/自恢复保险丝之间有何区别-电路图讲解-电子技术方案

在ESD保护领域，目前主流的是哪几类产品？这些产品的工作原理是什么？怎么选型？各种适用于哪些具体应用？他们之间有什么区别？共同点又有哪些？下面为您一一解答：  

一、TVS管 TVS(Transient Voltage Suppresser瞬态电压抑制器)是普遍使用的一种新型高效电路保护器件，它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。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，从而把它的两端电压钳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。正因为如此，TVS可用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压，以及感应雷所产生的过电压。   TVS管是瞬态电压抑制器（Transient Voltage Suppressor）的简称。它的特点是：响应速度特别快（为ps级）；耐浪涌冲击能力较放电管和压敏电阻差，其10/1000μs波脉冲功率从 400W～30KW，脉冲峰值电流从0.52A～544A；击穿电压有从6.8V～550V的系列值，便于各种不同电压的电路使用。   TVS管有单向与双向之分（单向的型号后面的字母为“A”，双向的为“CA”），单向TVS管的特性与稳压二极管TVS管使用时，一般并联在被保护电路上。为了限制流过TVS管的电流不超过管子允许通过的峰值电流IPP，应在线路上串联限流元件，如电阻、自恢复保险丝、电感等。相似，双向TVS管的特性相当于两个稳压二极管反向串联。  

二、压敏电阻 压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。压敏电阻的主要参数有：压敏电压、通流容量、结电容、响应时间等。   压敏电阻的响应时间为ns级，比空气放电管快，比TVS管稍慢一些，一般情况下用于电子电路的过电压保护其响应速度可以满足要求。   压敏电阻主要可用于直流电源、交流电源、低频信号线路、带馈电的天馈线路。 压敏电阻的失效模式主要是短路，当通过的过电流太大时，也可能造成阀片被炸裂而开路。压敏电阻使用寿命较短，多次冲击后性能会下降。因此由压敏电阻构成的防雷器长时间使用后存在维护及更换的问题  

三、稳压二极管 稳压二极管(又叫齐纳二极管)，是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件，在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定。稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更多的稳定电压。  

四、自恢复保险丝 自恢复保险丝是一种过流电子保护元件，自恢复保险丝是由高科技聚合树脂及纳米导电晶粒经特殊工艺加工制成，正常情况下，纳米导电晶体随树脂基链接形成链状导电通路，保险丝正常工作；当电路发生短路或者过载时，流经保险丝的大电流使其集温升高，当达到居里温度时，其态密度迅速减小，相变增大，内部的导电链路呈雪崩态变或断裂，保险丝呈阶跃式迁到高阻态，电流被迅速夹断，从而对电路进行快速，准确的限制和保护，其微小的电流使保险丝一直处于保护状态，当断电和故障排除后，其集温降低，态密度增大，相变复原，纳米晶体还原成链状导电通路，自恢复保险丝恢复为正常状态，无需人工更换。                                           

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图例是典型的BMS控制板，基于NXP核心汽车级器件。

 作为板级ESD控制的主要部位为3路的CAN通信和RS485 RS232的对外通信接口，此方案内置了高可靠性的ESD防护，支持热插拔和随机的电池连接防护。   以下是雷卯为上述三种接口设计的防护方案。  

1、CAN接口 在对各种现场总线的综合比较中，基于CAN总线构建的通信系统具有很多优异的特性：数据信号采用差分电压传输；总线传输介质可用双绞线、同轴电缆和光纤；可以多主方式工作，通信方式灵活；可以点对点、点对多点及全局广播方式传送接收数据；网络上的节点信息可分成不同的优先级，满足不同的实时要求。     

 在设备工作中，CAN协议作为控制单元交互通信的主通道，其通讯速率高达1Mbps，宽输入的共模范围和差动信号技术使其像人体的神经网络，所以对CAN的保护变得至关重要。 对于汽车级的保护，ESD抗静电能力需要达到满足等同于IEC61000-4-2标准的接触和空气都要达到30KV的测试。   基于CAN的保护需求，SMC24 静电保护器件，采用SOT-23封装，工作电压24V，满足12V汽车系统产品的24V保持 1分钟的测试，同时可以同时保护2路CAN信号，由于其本身低结电容的特点，可以满足CAN通信时的数据不会丢包。 

2、RS485接口  对RS485接口的特点是收发电平的不对称，为7V 和12V，所以需要专门设计不对称的保护芯片，而SM712 SOT-23封装，专为保护具有非对称工作电压（-7V至12V）的RS-485应用而设计，使其免受静电放电（ESD）、电气快速瞬变（EFT）和雷电引致的浪涌电流带来的危害。 它能吸收高于IEC 61000-4-2国际标准规定之最高级别的反复性ESD放电 30KV，无需担心其性能发生减退，并可在极低的箝位电压下安全地耗散19A的8/20μs波形浪涌电流（IEC61000-4-5）。    

  3、RS232接口  RS232接口一般为内部配置接口，或短距离低速通信口，但此接口经常插拔，需要采用功率300W以上产品进行静电和浪涌保护，所以需采用SOD-323封装的SD12C或SD15C（根据客户芯片的工作电压波动不同）来保护收发2路信号。    

  4、ESD器件的布置建议 a)将设备尽可能靠近输入端或连接器。   b)最小化设备与受保护线路之间的路径长度。   c)将并行信号路径保持在最低限度。   d)避免运行受保护的导体与未受保护的导体并联。   e)最小化所有印刷电路板（PCB）的导电回路，包括电源和接地回路。   f)最小化对地的瞬态返回路径长度。   g)避免使用共享的瞬态返回路径到公共接地点。   h)尽可能使用地平面，多层印刷电路板，使用地面通孔。                                            

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