瞬态防护器件是端口的安全气囊,在纳秒至微秒级响应,把过压钳位到安全水平。三类主流器件:TVS二极管:响应ps级,通流中,寿命长,适用静电、快脉冲、信号线。压敏电阻MOV:响应ns级,通流大,寿命中(老化),适用浪涌、电源口。气体放电管GDT:响应μs级,通流极大,寿命长,适用初级浪涌、共模防护。TVS选型关键参数:反向工作电压VRWM(>电路正常工作电压)、钳位电压VC(<被保护器件耐压)、峰值脉冲功率PPPM。注意:TVS结电容在高速信号线上可能构成隐患,需选低电容系列。
图25-1?TVS二极管的箝位特性曲线
说明:TVS二极管在反向击穿区呈现低动态电阻特性,可将过压钳位到设定值。关键参数包括:反向工作电压VRWM(>正常工作电压)、击穿电压VBR、钳位电压VC(<被保护器件耐压)和峰值脉冲功率PPPM。

来源:Toshiba - TVS Characteristics
图25-2压敏电阻MOV的伏安特性

说明:压敏电阻(MOV)的伏安特性呈非线性对称曲线,在阈值电压以下呈高阻态,超过阈值后迅速进入低阻态。MOV的响应时间约ns级,通流能力大,但存在老化问题(多次浪涌后阈值电压漂移)。
图25-3气体放电管GDT的击穿曲线
说明:气体放电管(GDT)在击穿前呈高阻态(>1GΩ),击穿后呈低阻态(<1Ω)。击穿电压由电极间距和填充气体压力决定。GDT的响应时间约μs级,但通流能力极大(可达数十kA),适合初级浪涌防护。
来源:LCSC - GDT Guide

图25-4TVS/MOV/GDT响应速度对比
说明:三类瞬态防护器件的响应速度差异显著:TVS为ps级(快),MOV为ns级,GDT为μs级(慢)。对于ns级快脉冲(如ESD),只有TVS能有效响应;对于μs级浪涌,MOV和GDT更合适。
来源:Viox - Surge Protection Comparison

图25-5低电容TVS在高速信号线的应用
说明:普通TVS的结电容(几十~几百pF)在高速信号线(如USB 3.0、HDMI)上会构成信号完整性隐患。低电容TVS(<1pF)通过串联二极管结构降低等效电容,在保护ESD的同时不影响信号质量。