提升CAN/485总线浪涌防护的常用器件：TVS、气体放电管、PTC电阻、压敏电阻
来源:玩转单片机与嵌入式发布时间:2022-06-248661浏览
询问 AI开始本文的内容前，需要先了解几种典型的瞬态骚扰。
表1 几种瞬态骚扰的比较
一、气体放电管
- 直流击穿电压VDC：在放电管上施加100V/s上升斜率的电压时，导致放电管击穿的电压值，这是放电管的标称电压值，该参数分散性较大；
- 脉冲击穿电压VSI：在放电管上施加1kV/μs上升斜率的电压时，导致放电管击穿的电压值。冲击放电电流ID：分为8/20μs波和10/1000μs波冲击放电电流两种。
选型考虑：VDC、ID。
二、PTC电阻
在浪涌防护电路中PTC电阻起到限流分压作用，既防止TVS管过流损坏，也抬升电压以使气体放电管导通。PTC特性如下图4所示。
- 最大工作电压VMAX：最高允许温度下，PTC电阻能够持续承受的最大电压；
- 保持电流Ihold：使PTC阻值稳定在工作点阻值时的电流；
- 触发电流Itrip：能够使电阻阻值呈现阶跃增加的最小电流；
- 额定零功率电阻Rn：PTC在常温下的初始电阻；
- 开关温度TC：阻值呈现阶跃增加的温度，此时阻值为最小阻值的2倍。
选型考虑：Rn、Itrip、Ihold。
三、TVS
- 反向截至电压VRWM：TVS不导通的最高电压；
- 钳位电压VC：二极管导通通过一定电流时两端的电压，随电流增大而增大；
- 反向电流IR：VRWM电压下的反向漏电流；
- 击穿电压VBR：TVS管通过规定测试电流IT(通常为1mA)时的电压，表示TVS管导通的标志电压；
- 峰值电流IPP：TVS管允许通过的10/1000μs或8/20μs波的最大峰值电流。超过这个电流可能造成永久性损坏。由于功率限制，击穿电压高的管子允许通过的峰值电流越小；
- CJ：TVS管的结电容比ESD器件大很多，单向的比双向的大，结电容会影响TVS管的响应时间，用于通讯总线时会限制总线带宽。
四、压敏电阻
“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"。
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。
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，比气体放电管快，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。压敏电阻的结电容一般在几百到几千Pf的数量级范围，很多情况下不宜直接应用在高频信号线路的保护中，应用在交流电路的保护中时，因为其结电容较大会增加漏电流，在设计防护电路时需要充分考虑。压敏电阻的通流容量较大，但比气体放电管小。
- 标称压敏电压(V)：指通过规定持续时间的脉冲电流（一般为1mA 持续时间一般小于400mS）时压敏电阻器两端的电压值。
- 电压比：指压敏电阻器的电流为1mA时产生的电压值与压敏电阻器的电流为0.1mA时产生的电压值之比。
- 最大限制电压(V)：在压敏能承受的最大脉冲峰值电流Ip及规定波形下压敏电阻两端电压峰值。
- 残压比：通过压敏电阻器的电流为某一值时，在它两端所产生的电压称为这一电流值的残压。残压比则是残压与标称电压之比。
- 通流容量(kA)：通流容量也称通流量，是指在规定的条件（规定的时间间隔和次数，施加标准的冲击电流）下，允许通过压敏电阻器上的最大脉冲（峰值）电流值。
- 漏电流(mA)：漏电流也称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下，流过压敏电阻器电流。
- 电压温度系数：指在规定的温度范围（温度为20℃～70℃）内，压敏电阻器标称电压的变化率，即在通过压敏电阻器的电流保持恒定时，温度改变1℃时，压敏电阻器两端电压的相对变化。
- 电流温度系数：指在压敏电阻器的两端电压保持恒定时，温度改变1℃时，流过压敏电阻器电流的相对变化。
- 电压非线性系数：指压敏电阻器在给定的外加电压作用下，其静态电阻值与动态电阻值之比。
- 绝缘电阻：指压敏电阻器的引出线(引脚)与电阻体绝缘表面之间的电阻值。
- 静态电容量（PF）：指压敏电阻器本身固有的电容容量。
- 额定功率：在特定的环境温度85℃下工作1000小时，使压敏电压变化小于10%的最大功率。
- 最大冲击电流(8/20us):以特定的脉冲电流(8/20us波形)冲击压敏电阻器一次或两次（每次间隔5分钟）， 使的压敏电压变化仍在10%以内的最大冲击电流。
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