更小和更高密度的電子產品是一個持續的趨勢。然而，這些日益集成和復雜的設計現在變得更加敏感，更容易受到閃電和其他高壓浪涌等瞬態威脅造成的損壞和停機。由于電信、工業和醫療設備設計的性質各不相同，單一設備的浪涌保護解決方案很少可行。需要采用多階段/多技術保護方法來利用每種技術的優勢和劣勢。

比較過壓保護

過壓設備轉移快速浪涌能量，例如閃電，而大多數過流設備增加電阻以限制來自較長持續時間的浪涌電流的浪涌電流。有兩種類型的限壓保護器：開關器件（如 GDT）和鉗位器件（如 MOV 和 TVS）（見表）。GDT 因其極低的電容和低泄漏特性以及高浪涌電流處理能力而廣受歡迎。

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通常放置在電路中以限制電壓并將浪涌電流轉移到地（共模）或源（差模），GDT 具有非常高的阻抗 (>1 GΩ)，因此在正常情況下對電路幾乎不可見手術。當電壓擾動超過 GDT 的擊穿值時，它將切換到虛擬短路，稱為電弧模式，分流浪涌電流并保護設備。由于電離 GDT 內的氣體需要時間，GDT 通常具有相當慢的響應時間。傳統的 GDT 器件可提供強大的過壓保護，但這樣做的代價是寶貴的 PCB 空間。 ?

使用三級解決方案進行有效保護???

設計人員可以為高密度設計使用先進的三級保護解決方案。這采用 TVS 二極管進行二級保護，高速保護器 (HSP) 設備進行協調，并采用 GDT 進行初級保護，最適合位于暴露瞬態環境中的應用。它提供協調響應，為各種電信或工業接口提供高水平的保護，遠遠超過單級組件解決方案的處理能力。

單獨的 TVS 二極管對低電平瞬變有效。它會將瞬態信號駐留至其峰值脈沖電流，但無法處理高于此值的情況。隨著 TVS 二極管暴露的入射瞬態電壓增加，超過電流限制的擔憂也隨之增加。使用串聯電阻保護 TVS 會導致電壓降過大，并且在通信的情況下會大大縮短環路距離。

圖 1：最大化 HV 瞬態保護需要三級設計。

HSP使用MOSFET半導體技術構建。當串聯在GDT和TVS之間時，HSP監控流經線路的電流。如果電流超過預設水平，則該裝置觸發并提供對高電壓和電流的屏障。觸發電流范圍為150至500 ma，峰值沖擊電壓耐受能力為650至850 V。Bourns的HSP設備稱為TBU-DT系列。它們是一種可復位裝置，工作時間約為1μs。正常串聯電阻為5至10?. 操作時，該裝置通常將線路電流限制在1mA以下。

當暴露于快速上升瞬態事件時，較快的TVS二極管將首先開始箝位，并通過HSP傳導電流。一旦超過了HSP的電流閾值，它將保護TVS二極管和下游組件。它還允許GDT觸發并獲取浪涌事件產生的大部分電流。其結果是一種極快的保護，消除了單個保護技術的缺陷。

設計工程師可以利用此解決方案來提高浪涌和瞬態保護水平–HSP限制通過能量，TVS二極管將信號保持在最大限度內，主GDT保護HSP設備免受過度瞬態電壓的影響。

圖2：Bourns扁平低剖面GTD裝置。

空間約束設計的魯棒保護

隨著設備的縮小，PCB 上的空間限制增加。GDT 通常采用直徑為 8 毫米的圓柱形封裝。最近，一種具有扁平磁盤封裝的初級 GDT 保護的新設計已經面世。與標準 8 mm 設備相比，Bourns FLAT GDT 可節省 75% 的體積，并提供水平或垂直安裝版本（圖 2）。2 電極器件有五個版本，具有 90 至 420 V DC 火花放電，額定為 10,000 Arms，持續時間為 8/20 μs，可用于十次以上的操作。

審核編輯 黃昊宇