退耦器件如何選擇介紹

一、什么是退耦器件

為實現多級之間浪涌保護的能量配合，我們一般都會在線路上串聯適當的器件，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，在信息系統一般選用阻性元件，因為這一類傳輸信號頻率相對比較高，在不影響信號傳輸的前提下，退耦電阻的阻值越大越好；在電力系統一般選用電感。退耦電路能夠有效的消除電路網絡之間的寄生耦合。

二、退耦器件選擇

對于通訊等很多電路來說，為了更好地保護后續電子設備，一般設計兩級保護電路，第一級采用GDT（氣體放電管）對暫態過電壓波大部分能量進行泄流，第二級使用后級TVS(瞬態抑制二極管）將過電壓箝位在一個較低的水平，保證其殘壓不超過所保護設備的耐受電壓。

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

為了實現兩級間的能量配合，使GDT在暫態過電壓波到達TVS之前提前導通泄流，需要在兩級保護器件級之間加裝退耦元件。加裝退耦元件的目的在于延遲雷電流到達第二級的時間，同時也可加快氣體放電管導通。而退耦電阻阻值還要兼顧到對信號線路正常通信造成的影響，一般的原則是在保證SPD保護效果的前提下，盡量減小因加入退耦電阻而對信號線路正常通信造成的影響。選擇TVS管時候，要注意它的分布電容值，對于高頻的信號而言，線路中的分布電容不能過大，要不然會影響信號傳輸質量。

以下圖為例，如下圖是RS422浪涌保護電路設計原理圖

對于GDT，第一，根據保護電路工作電壓來確定直流擊穿電壓，一般要求直流擊穿電壓為電路工作電壓的1.5~2倍；第二，根據電路防護量級確定通流量，一般實際通流量要求是需要通流量2倍以上。

結合RS422的傳輸電性能以及設備耐壓因素等特點，最終選擇GDT型號為3RM090L-8。

第二級采用瞬態抑制二極管TVS，使其殘壓限制在一個較低范圍以內。通常信號傳輸線上TVS的擊穿電壓（VBR應高于信號線上傳輸的信號電壓），在此前提下，VBR應盡可能選得低一些。

具體的來說：

第一步：根據保護電路工作電壓，確定器件反向關斷電壓，這里直流供電，那么Vrwm≥V工作；

第二步：根據防護技術需求，確定TVS管箝位電壓和功率參數；

第三步：對于有些快速電路，還要根據工作頻率來確定TVS結電容

最終，我們選定TVS管型號P6KE15A。

通過理論計算出退耦電阻值。利用公式，R=（US-UC）/IS，其中，Us是線路上可能出現的暫態過電壓幅值，由于線路上的暫態過電壓幅值難以預料，所以一般用氣體放電管的沖擊啟動電壓代替，本試驗中選用的氣體放電管規格是直流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的穩態功率除TVS的限制電壓UC得到，TVS芯片穩態功率為600W，限制電壓為15V，那么IS=600/15。最終計算得到R=17.125Ω。

從減小插入損耗的角度，應減小電阻，但為了提高充氣放電管跟TVS的匹配效率應該增大電阻。這只是理論計算，我們在實際電路當中還需要進行測試，最終來選取合適的電阻值。

三、最后

在實際應用當中，退耦器件有時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，同時整個電路的通流量以后級電路來決定，當后級不能承受前級殘余能量時，可以考慮增加一級保護，或者提高退耦阻抗。

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