退耦器件如何選擇介紹

一、什么是退耦器件

為實(shí)現(xiàn)多級(jí)之間浪涌保護(hù)的能量配合，我們一般都會(huì)在線路上串聯(lián)適當(dāng)?shù)钠骷?，這些器件就被我們稱為退耦器件，退耦器件一般有電阻和電感，在信息系統(tǒng)一般選用阻性元件，因?yàn)檫@一類傳輸信號(hào)頻率相對(duì)比較高，在不影響信號(hào)傳輸?shù)那疤嵯?，退耦電阻的阻值越大越好；在電力系統(tǒng)一般選用電感。退耦電路能夠有效的消除電路網(wǎng)絡(luò)之間的寄生耦合。

二、退耦器件選擇

對(duì)于通訊等很多電路來(lái)說(shuō)，為了更好地保護(hù)后續(xù)電子設(shè)備，一般設(shè)計(jì)兩級(jí)保護(hù)電路，第一級(jí)采用GDT（氣體放電管）對(duì)暫態(tài)過(guò)電壓波大部分能量進(jìn)行泄流，第二級(jí)使用后級(jí)TVS(瞬態(tài)抑制二極管）將過(guò)電壓箝位在一個(gè)較低的水平，保證其殘壓不超過(guò)所保護(hù)設(shè)備的耐受電壓。

但是實(shí)際上由于GDT與TVS的性能差異很大，在放電響應(yīng)時(shí)間方面，GDT一般放電響應(yīng)時(shí)間為微秒級(jí)，而TVS的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)。兩者的放電時(shí)間相差很大，如果不增加輔助元件，那么必定是TVS先導(dǎo)通，而TVS管的通流量很小，無(wú)法完成泄放而被擊穿，最終導(dǎo)致攔截雷電失效。

為了實(shí)現(xiàn)兩級(jí)間的能量配合，使GDT在暫態(tài)過(guò)電壓波到達(dá)TVS之前提前導(dǎo)通泄流，需要在兩級(jí)保護(hù)器件級(jí)之間加裝退耦元件。加裝退耦元件的目的在于延遲雷電流到達(dá)第二級(jí)的時(shí)間，同時(shí)也可加快氣體放電管導(dǎo)通。而退耦電阻阻值還要兼顧到對(duì)信號(hào)線路正常通信造成的影響，一般的原則是在保證SPD保護(hù)效果的前提下，盡量減小因加入退耦電阻而對(duì)信號(hào)線路正常通信造成的影響。選擇TVS管時(shí)候，要注意它的分布電容值，對(duì)于高頻的信號(hào)而言，線路中的分布電容不能過(guò)大，要不然會(huì)影響信號(hào)傳輸質(zhì)量。

以下圖為例，如下圖是RS422浪涌保護(hù)電路設(shè)計(jì)原理圖

對(duì)于GDT，第一，根據(jù)保護(hù)電路工作電壓來(lái)確定直流擊穿電壓，一般要求直流擊穿電壓為電路工作電壓的1.5~2倍；第二，根據(jù)電路防護(hù)量級(jí)確定通流量，一般實(shí)際通流量要求是需要通流量2倍以上。

結(jié)合RS422的傳輸電性能以及設(shè)備耐壓因素等特點(diǎn)，最終選擇GDT型號(hào)為3RM090L-8。

第二級(jí)采用瞬態(tài)抑制二極管TVS，使其殘壓限制在一個(gè)較低范圍以內(nèi)。通常信號(hào)傳輸線上TVS的擊穿電壓（VBR應(yīng)高于信號(hào)線上傳輸?shù)男盘?hào)電壓），在此前提下，VBR應(yīng)盡可能選得低一些。

具體的來(lái)說(shuō)：

第一步：根據(jù)保護(hù)電路工作電壓，確定器件反向關(guān)斷電壓，這里直流供電，那么Vrwm≥V工作；

第二步：根據(jù)防護(hù)技術(shù)需求，確定TVS管箝位電壓和功率參數(shù)；

第三步：對(duì)于有些快速電路，還要根據(jù)工作頻率來(lái)確定TVS結(jié)電容

最終，我們選定TVS管型號(hào)P6KE15A。

通過(guò)理論計(jì)算出退耦電阻值。利用公式，R=（US-UC）/IS，其中，Us是線路上可能出現(xiàn)的暫態(tài)過(guò)電壓幅值，由于線路上的暫態(tài)過(guò)電壓幅值難以預(yù)料，所以一般用氣體放電管的沖擊啟動(dòng)電壓代替，本試驗(yàn)中選用的氣體放電管規(guī)格是直流90V的，沖擊電壓700V，即US=700V，UC是TVS的限制電壓，Is是TVS的額定脈沖電流值。Is可以用TVS的穩(wěn)態(tài)功率除TVS的限制電壓UC得到，TVS芯片穩(wěn)態(tài)功率為600W，限制電壓為15V，那么IS=600/15。最終計(jì)算得到R=17.125Ω。

從減小插入損耗的角度，應(yīng)減小電阻，但為了提高充氣放電管跟TVS的匹配效率應(yīng)該增大電阻。這只是理論計(jì)算，我們?cè)趯?shí)際電路當(dāng)中還需要進(jìn)行測(cè)試，最終來(lái)選取合適的電阻值。

三、最后

在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，退耦器件有時(shí)候不僅僅限制于電阻電感，電容、PPTC等都也可以作為退耦器件來(lái)使用，但是需要注意的是增加的退耦器件不能影響電路的正常工作，同時(shí)整個(gè)電路的通流量以后級(jí)電路來(lái)決定，當(dāng)后級(jí)不能承受前級(jí)殘余能量時(shí)，可以考慮增加一級(jí)保護(hù)，或者提高退耦阻抗。

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