过电流防护器件

PPTC/自恢复保险丝 FUSE/一次性熔断保险丝

本章介绍一次性熔断保险丝和自恢复保险丝的功能、重点参数、选型方法以及二者的区别。

FUSE/一次性熔断保险丝

封装形式：玻璃管、贴片、插片熔丝

• 工作原理：
  内部金属合金丝，过载大电流产生高温，金属丝直接熔化断开回路物理永久断路。

• 核心功能：
  短路、超大过载故障永久切断电路，防止线束起火、后级器件烧毁；
  注意：故障排除后必须人工更换熔丝才能恢复供电。

• 典型场景：
  车载整车电源总保险、220V 输入、大功率负载主回路。

• 重点参数：
  1、额定电流 In（A）
  常温标准工作电流，正常长期负载电流 ≤ 0.75×In，避免长期发热老化。
  2、分断额定电流 Ir（Breaking Current）
  短路最大可安全切断的电流；超过该值熔丝爆炸、拉电弧，烧毁 PCB。车载 12V 常用分断 100A/200A。
  3、额定电压 Vn
  最高工作电压，12V/24V 车载、250V 交流，电压超标熔断后无法熄弧。
  4、熔断时间特性（快断 / 慢断 / 延时）
  快断 FUSE：微秒级，保护芯片、半导体；
  延时慢熔：抵抗电机、继电器启动浪涌，不会开机误熔断。
  5、冷阻 / 发热降额
  高温环境额定电流需降额使用；机舱 85℃以上电流打 8 折。

• 选型流程：
  1、确定回路常态最大工作电流 Iop；
  2、考虑启动浪涌：电机 / 继电器选延时慢熔，In ≥ Iop × 1.5~2 倍；纯电阻负载 1.25 倍余量；
  3、回路最高电压 ≤ 熔丝额定电压；
  4、短路峰值电流 ＜ 熔丝分断电流 Ir；
  5、高温环境降额，机舱应用放大一档规格；
  6、封装匹配 PCB：插片熔丝（整车线束）、贴片熔丝（PCB 板载）。

PPTC/自恢复保险丝

• 工作原理：高分子复合导电颗粒材料，常温低阻导通；过流发热后内部高分子膨胀，导电通路断开，电阻暴涨限流；断电冷却后自动恢复低阻导通。

• 核心功能
  限流保护，不会完全断开，维持微弱漏电流；
  故障消失、冷却后自动恢复导通，无需更换器件；
  适合频繁短时过载、间歇性短路场景。

• 典型场景：CAN/LIN 总线、USB、传感器小信号回路、车载 ECU 内部板载保护。

• 重点参数：
  1、保持电流 Ihold
  常温下可持续长期工作不触发保护的最大电流（选型核心参数，工作电流必须小于 Ihold）。
  2、动作电流 Itrip
  触发保护限流的临界电流，一般 Itrip ≈ 1.8~2.5 × Ihold。电流超过 Itrip 后 PPTC 快速高阻限流。
  3、最大工作电压 Vmax
  回路最高电压不能超过 Vmax，否则保护时击穿烧毁。车载信号 PPTC 常见 24V/30V。
  4、最大故障电流 Imax
  短路瞬间能承受的峰值电流，超过会永久碳化损坏，无法恢复。
  5、室温零功率电阻 Rmin/Rmax
  正常导通时直流电阻，越小常态功耗越低；CAN 总线优先低阻型号，避免压降过大通讯异常。
  6、恢复时间
  断电冷却几十秒～几分钟自动复位；高温环境复位时间大幅变长。

• 选型流程（CAN、传感器常用）：
  1、常态工作电流 Iop ＜ Ihold（必须留 20% 以上余量）；
  2、计算故障短路电流，确保小于 Imax；
  3、系统最高电压 ＜ 器件 Vmax；
  4、控制直流电阻：小信号总线（CAN/LIN）选低阻 PPTC，防止差分电压偏移；
  5、温度降额：环境温度越高，实际 Ihold 会衰减，高温工况放大一档 Ihold；
  6、区分车规 / 消费：车载必须 AEC-Q200 车规 PPTC，满足 -40~125℃温循。

对比：PPTC与FUSE

过电压防护器件

TVS/瞬态抑制二极管 TSS/半导体放电管 GDT/陶瓷气体放电管 MOV/压敏电阻 SPG/玻璃放电管

本章介绍电路过压、雷击、抛负载、ESD 浪涌保护器件，分一级大通流泄放（GDT/SPG/MOV/TSS）、二级精密钳位（TVS）；TSS、MOV 多用于电源端口。

TVS/瞬态抑制二极管

• 核心功能：
  PN 结雪崩二极管，纳秒级极速钳位；浪涌来时瞬间击穿，将端口电压钳位在安全低压区间，吸收小～中能量浪涌，故障消失自动恢复，无损坏。

• 关键参数：
  1、VRWM 最大反向工作电压：常态长期工作最高电压，回路直流电压必须＜VRWM；车载 12V 系统常用 VRWM=16V/24V。
  2、Vclamp 钳位电压：浪涌冲击时器件最高残压，越低，后端芯片越安全。
  3、IPP 峰值脉冲电流：可承受 8/20μs 浪涌峰值电流（贴片小 TVS 几安，大功率车规 TVS 几十安）。
  4、Cj 结电容：高速 CAN / 以太网必须低电容 TVS（0.5~3pF），普通电源 TVS 电容几十～几百 pF。
  5、响应速度：1~5ns（所有器件里最快）。

• 使用场景：
  普通 TVS：消费电子 USB、RS485、PCB 芯片 ESD 防护、工业小信号。
  车规 TVS：车载 CAN/LIN、车载以太网、ECU IO 口、12V 电源、传感器信号线、Tbox 天线端口。

TSS/半导体放电管

• 核心功能：
  晶闸管结构，开关型泄放器件；电压超过击穿值后瞬间低阻导通，泄放大浪涌电流，浪涌消失后需电流低于维持电流才关断。兼具 GDT 大通流、TVS 低残压双重优势。
• 重点参数：
  1、Vbo 击穿转折电压：触发导通临界电压；
  2、Ih 维持电流：浪涌消失后，回路电流低于此值才能自动关断；交流市电回路需关注续流遮断；
  3、Itm 峰值浪涌电流：8/20μs 可达几十～上百安培；
  4、结电容极低（1~5pF），不干扰高速信号；
  5、无续流风险信号款、带续流遮断电力款两类。
• 使用场景：
  工业 RS485 总线、安防摄像头网线、电力仪表信号口、低速通讯长线防雷；车载极少用，无成熟 AEC-Q 认证型号。

MOV/压敏电阻

MOV 金属氧化物压敏电阻（Varistor）无车规标准型号，仅工业 / 家电。

• 核心功能：
  氧化锌陶瓷颗粒，电压超过阈值后电阻急剧下降，吸收浪涌能量；能量容量大、成本极低，但漏电流随温度上升，老化明显。

• 工作原理：
  浪涌保护用压敏电阻基于‌非线性伏安特性‌，在正常电压下呈高阻绝缘态，当电压超过临界值（压敏电压）时瞬间转为低阻导通态，通过‌钳位电压‌并‌泄放浪涌电流‌保护后端电路 。‌‌

• 工作机理：
  1、常态待机（低电压）‌：两端电压低于压敏电压时，内部晶界势垒阻挡电子流动，阻抗高达兆欧姆级，漏电流极微（微安级），相当于开路，不影响原电路工作 。
  2、瞬态动作（过电压）‌：当遭遇雷击、开关操作等产生的瞬态过压且电压≥压敏电压时，晶界发生隧道效应或雪崩击穿，阻抗急剧下降至几欧姆，瞬间导通形成低阻泄放通道 。
  ‌3、能量钳位与吸收‌：将线路电压限制在相对稳定的钳位电压水平，同时将浪涌能量转化为热能耗散，防止过高压强击穿后端敏感器件 。
  ‌4、自动恢复‌：浪涌消失后电压回落，若未超过能量耐量极限，器件自动恢复高阻状态，无需人工复位 。‌‌

• 重点参数：
  1、V1mA 压敏电压：1mA 电流下的临界导通电压；
  2、Imax 最大浪涌电流；
  3、静态漏电流：高温下漏电流大幅上升，持续发热老化；
  4、极间电容极大（nF 级别），不能用于高速信号线；

• 使用场景：
  220V 市电电源入口、工业 AC 配电柜、大功率直流电源输入端；禁止用于 CAN、以太网等高速信号线路。

GDT/陶瓷气体放电管

• 核心功能：
  管内填充惰性气体，高压击穿气体形成导电等离子体，超大电流泄放，属于一级防雷主力；导通后两极近似短路，残压偏高。

• 重点参数：
  1、Vsdc 直流击穿电压：常态工作电压≤0.8×Vsdc，避免微导通漏电；车载 CAN 统一 90V 三极 GDT；
  2、Vsp 脉冲击穿电压：陡浪涌下峰值残压；
  3、In 标称放电电流 8/20μs：5kA/10kA/20kA；
  4、Cp 极间电容：0.2~3pF，适合高速差分信号；
  5、续流遮断能力：交流 220V 电源必须选用带遮断型号，防止起火。

• 使用场景：
  车载 CAN FD、车载以太网、Tbox 外接天线、户外长线设备一级防雷、220V 交流电源输入一级保护。

SPG/玻璃放电管

SPG 玻璃放电管（Glass Surge Tube）

• 核心功能：
  原理同陶瓷 GDT，仅外壳为玻璃封装，体积更小、成本更低；通流能力弱于陶瓷 GDT。
• 重点参数：
  参数定义与 GDT 完全一致，但短板明显：
  最大放电电流仅 1~3kA，大通流雷击容易永久损坏；
  玻璃抗震差，剧烈振动易漏气失效；
  无车规型号，温区窄 0~85℃。
• 使用场景：
  小型消费电子 PCB、小型传感器短线防护；严禁车载、户外大功率防雷。

对比：过电压防护器件