本文將介紹低速接口的保護方案。此外，討論將擴展到電源線頻率和直流，以介紹交流和直流電源的保護方法。

本文討論的低速接口包括數字音頻、模擬視頻和鍵盤通信協議。表 1 列出了這些接口的數據速率。

這些低速接口易受電壓瞬變的影響，尤其是靜電放電 （ESD）；而電源容易受到電源線感應過流情況和電壓瞬變的影響。開發能夠承受瞬態沖擊的可靠接口電路需要使用保護方法來保護電路。本文提供了保護這些接口和為其供電的電源的建議。

保護數字音頻端口

數字音頻電路中的音頻編解碼器（如圖 1A 的框圖所示）容易受到快速瞬態浪涌和 ESD 沖擊的損壞。幸運的是，設計人員只需要一個組件即可為左側輸出和右側輸出提供保護。

圖 1.音頻和視頻接口端口的瞬態電壓保護

建議使用由一對背靠背齊納二極管組成的瞬態電壓抑制器 （TVS） 二極管陣列，如圖 2 所示。

圖 2.用于音頻電路 ESD 保護的雙向二極管陣列對

TVS 二極管陣列的優點包括：

能夠從電快速瞬變中吸收高達 40 A 的電流

安全吸收高達 ±15 kV 的 ESD 雷擊

對 1 ns 以下瞬態的快速響應

0.5 μA 的低漏電流，在正常工作條件下消耗的功率可忽略不計

最大電容為 6 pF，以確保保護二極管對傳輸信號完整性的影響最小

此外，這些 TVS 二極管陣列的版本符合汽車市場的 AEC-Q101 標準。AEC-Q101 標準是指組件必須滿足的一系列壓力測試，才能被歸類為汽車級組件。這些 TVS 二極管陣列采用 SC70-3 表面貼裝封裝。因此，一個小型的表面貼裝封裝可以幫助為音頻線路創建一個堅固的端口。

保護視頻端口

與音頻端口一樣，視頻端口也容易受到 ESD 和其他瞬變的影響。圖 1B 顯示了一個帶有四個輸出線的模擬視頻端口：Y、C、視頻和 RF。單個組件可以為視頻模數轉換器提供必要的保護。在這種情況下，推薦的組件是 4 通道 TVS 二極管陣列芯片，如圖 3 所示。

圖 3.具有齊納二極管保護的 4 通道 TVS 二極管陣列

4 通道 TVS 二極管陣列組件提供：

吸收高達 40 A 的電快速瞬變而不會損壞

高達 ±15 kV 的空氣 ESD 保護和 ±10 kV 的直接接觸

典型漏電流低至 10 nA

極低 0.3 pF 的典型引腳接地電容

此類保護組件的版本也通過了 AEC-Q101 認證，適用于汽車應用。該組件采用 SOT23-6 表面貼裝封裝，可最大限度地減少印刷電路板空間的消耗。4 通道 TVS 二極管陣列芯片提供必要的保護，對視頻信號的影響最小。

保護鍵盤端口

鍵盤是眾多工業和消費產品的數據輸入和控制設備。圖 4A 顯示了一個鍵盤端口的框圖。

圖 4.鍵盤和電池組的保護方案

激活需要直接接觸，這會將 ESD 引入鍵盤電路。對于鍵盤線路，請考慮使用多層壓敏電阻 （MLV）。MLV 提供高水平的保護：

吸收高達 500 A 的浪涌電流脈沖或 2.5 J 的浪涌能量

-40° C 至 125° C 的寬工作溫度范圍

廣泛的工作電壓范圍，低至 3.5 V

MLV 有助于符合EMC 標準，例如 IEC 61000-4-2。此外，MLV 還提供緊湊的 0402 表面貼裝封裝。

保護電池組控制端口

電池組供電，因此控制器 IC 需要過流和電壓瞬變保護。圖 4B 顯示了電池信號和電池控制器 IC 的框圖。由于電池提供直流電源，因此最好使用快速熔斷保險絲進行過流保護。

快速熔斷保險絲提供：

0.2 秒的快速跳閘時間到 300% 過載

0.25 至 5 A 的低電流保險絲額定值

額定電壓高達 32 V 時電流中斷額定值高達 35 A

對于瞬態電壓保護，TVS 二極管陣列，例如 4 通道芯片（推薦用于保護視頻接口的端口），將保護控制器 IC 免受 ESD 和其他瞬態的影響。如前所述，該組件具有 AEC-Q101 資格。

電源電路保護

電源電路會受到源自交流電源線的過流和過壓瞬變的影響。因此，保護交流電路既需要用于過流保護的熔斷器，也需要用于過壓保護的 MOV。一些應用還可能考慮其他技術，例如 TVS 二極管、SIDACtor 或 GDT。（有關此主題的進一步討論可在IEC 62368-1 參考文檔中找到。）

圖 5 顯示了建議的保護網絡。

圖 5.交流輸入推薦保護

對于 AC-DC 電源，請考慮使用慢熔玻璃體保險絲。慢熔保險絲將防止由于交流線路上的感應電流浪涌而斷開。這種保險絲的其他特點是：

額定電流從低 10 mA 到最大 30 A

額定電壓為 250 VAC 或更高

120 VAC 電路的電流中斷額定值高達 10 kA

這些保險絲是 UL 和 CSA 組件，可通過標準機構快速和簡化的認證。

AC-DC 電源輸入端具有強大功率處理能力的 MOV 將安全地吸收可在 AC 線路上傳播的瞬變，并將有害瞬變排除在電源電路之外。尋找能夠承受高達 10 kA 峰值脈沖電流或 400 J 脈沖能量的 MOV。還要考慮一個堅固的 MOV，它可以在很寬的溫度范圍內工作，例如 -55 到 125°C。與保險絲一樣，確保 MOV 是 UL 或 CSA 組件認可的。

保護各類直流電源

根據電路的電壓和應用，對直流電源的輸入有不同的保護方案。每種類型的電路都有不同的建議。

為保護 12 V 或 24 V DC 電源，建議使用 MOV 或 TVS 二極管（類似于之前建議的 AC 輸入電源）。圖 6A 顯示了直流電源輸入端的 MOV。該組件將保護電路免受高達 10 kA 的峰值浪涌影響，并可在高達 125°C 的溫度下工作。MOV 可為電源電路提供良好的長期可靠性。

圖 6.各種直流電源輸入的推薦保護配置

對于更高電壓的直流電源，例如 48 VDC 電源，應在輸入端使用壓敏電阻或 TVS 二極管，在地線上也應使用氣體放電管（參見圖 6B）。氣體放電管可以承受高達 20 kA 的電流浪涌，并在浪涌發生時保護電路免于浮動到地面以上的危險水平。絕緣電阻為 10 GΩ，氣體放電管在正常工作期間消耗的電流小于 10 nA。

包含功率因數校正電路的直流電源應具有串聯保險絲和并聯 MOV，用于過流和過壓保護。參見圖 6C。考慮使用慢熔保險絲，以避免由于開關電源的啟動電流浪涌而導致保險絲斷開。額定電流為 10 至 30 A 的慢熔陶瓷保險絲可在 500 V 直流電壓下的分斷額定電流為 20 kA DC。這些保險絲的版本采用 6.3 mm x 32 mm 封裝，占用空間極小。對于 12/24 V 和 48 V DC 電路，建議使用相同類型的 MOV。

保護便攜式設備中的直流電源有一些額外的考慮。仍然需要過流和過壓保護；但是，您還應該考慮使用聚合物正溫度系數 （PPTC） 自恢復保險絲。參見圖 6D。PPTC 保險絲提供了在發生過流情況時無需更換保險絲的便利。它們具有低電阻，通常為幾十到幾百毫歐 （mΩ），并且跳閘時間短于 5 秒。PPTC 保險絲采用 0402 表面貼裝封裝，可最大限度地減少小型便攜式設備中的空間。應考慮使用 TVS 二極管代替 MOV，用于 DC 電路的過壓保護。TVS 齊納二極管提供電路保護，可抵御 ±30 kV 的大型空氣穿透或直接接觸 ESD 沖擊。還，

直流電源的輸出也應該有適當的保護。如圖 7 所示，TVS 二極管將通過將瞬態鉗位到低電壓來保護敏感的下游電路。這些 TVS 二極管提供單向或雙向型號。

圖 7.用于保護直流電源電路輸出的推薦組件

受保護的端口是強大、可靠的端口

您可以通過在您的設計中加入保護組件來開發可靠且穩健的電路。您不需要很多組件，并且組件配置很簡單。有多種保護組件可供選擇。為了簡化組件選擇所涉及的任務和時間，請利用制造商的專業知識。制造商的應用工程師可以幫助您選擇組件，并指導您完成適用于您正在開發的產品的眾多標準。一些制造商提供測試功能——既可以驗證您的設計的過載保護性能，也可以根據相應的國家和國際標準執行預一致性測試。