在模块电源的防雷 / 防浪涌设计中，核心器件的选型需结合浪涌能量、响应速度及电路拓扑，以下从器件类型、选型要点及组合方案展开说明：

一、防雷 / 防浪涌核心器件类型与选型要点

1、气体放电管（GDT）—— 一级浪涌防护

    · 特点：通流能力强（可达 10kA 以上），结电容小（<1pF），但响应速度慢（≥100ns），击穿后存在续流风险。

    · 选型关键参数：

        - 直流击穿电压（Vdc）：一般为电源工作电压的 2~2.5 倍（如 220VAC 系统选 470Vdc），需避免正常工作时误触发。

        - 通流容量（In）：户外场景建议≥10kA（8/20μs 波形），抵御直击雷或强感应雷。

        - 极间电容：需 < 1pF，避免对高频信号产生干扰。

2、金属氧化物压敏电阻（MOV）—— 二级浪涌箝位

    · 特点：响应速度快（≤1ns），通流能力中等（数百 A 至 5kA），结电容较大（数百 pF），长期工作易老化。

    · 选型关键参数：

        - 额定电压（Vrms）：选电源工作电压的 1.5~2 倍（如 220VAC 选 310Vrms），确保正常工作时漏电流 < 10μA。

        - 通流容量（In）：差模保护≥1kA，共模保护≥3kA（8/20μs），功率越大需选通流能力越高的型号（如 10D/14D 封装）。

        - 箝位电压（Vc）：需小于后级器件耐压的 80%（如后级 IC 耐压 30V，Vc≤24V），避免浪涌击穿后级电路。

3、瞬态电压抑制二极管（TVS）—— 三级精细保护

    · 特点：响应速度极快（≤1ns），箝位精度高（误差 ±5%），但通流能力较小（数十 A 至数百 A），适合末级保护。

    · 选型关键参数：

        - 反向击穿电压（Vrwm）：略高于电路正常工作电压（如 12V 系统选 15V 或 18V），确保正常时不导通。

        - 峰值脉冲功率（Ppp）：根据浪涌能量选，建议≥500W（常规 SMBJ 系列），户外强浪涌场景可选 1.5kW 以上（如 1.5SMC 系列）。

        - 结电容（Cj）：信号线上需选 Cj<10pF 的型号（如 TVS 管），电源线上可放宽至数百 pF。

4、半导体放电管（TSS）—— 快速响应型保护

    · 特点：响应速度快（≤10ns），通流能力中等（数百 A），无续流风险，结电容约 10~100pF。

    · 适用场景：替代 GDT 用于直流电源（如 48V 系统），避免 GDT 续流问题，或作为 MOV 的补充。

    · 选型参数：击穿电压选工作电压的 1.8~2 倍，通流容量≥1kA（8/20μs）。

二、器件组合方案与拓扑设计

1、三级浪涌防护架构（以 220VAC 输入为例）

    · 设计要点：

        - 级间配合：GDT 与 MOV 之间需串联 10~47Ω 电阻或电感（抑制 GDT 击穿后的续流），MOV 与 TVS 之间距离≤10cm，减少引线电感影响。

        - 能量分配：前级 GDT 吸收 80% 以上浪涌能量，MOV 箝位残余电压，TVS 处理尖峰脉冲，确保后级电压≤器件耐压。

2、直流电源（如 48V）防护方案

    · 拓扑：TSS（击穿电压 90V）+ MOV（68Vrms）+ TVS（60V）

    · 优势：TSS 替代 GDT 避免直流续流，MOV 与 TVS 组合箝位电压至≤75V，保护后级 DC/DC 模块。

三、选型关键原则与注意事项

1、根据浪涌标准匹配器件参数

    · 参考 IEC 61000-4-5（共模 ±6kV，差模 ±4kV）或 GB/T 17626.5 测试要求，器件通流容量需预留 20% 裕量（如测试要求 5kA，器件选 6kA）。

2、结电容与信号兼容性

    · 信号线上（如 RS485）需选 Cj<5pF 的 TVS（如 SMBJ 系列），避免影响通信；电源线上 MOV 的 Cj 可放宽至 500pF 以下。

3、器件老化与失效保护

    · MOV 长期工作后漏电流会增大，需并联热熔断器（额定电流 1~2A），避免短路起火；GDT 失效后呈开路状态，需定期巡检更换。

4、共模与差模保护分离设计

    · 共模浪涌（线 - 地）用 GDT/MOV 跨接相线与地，差模浪涌（线 - 线）用 MOV/TVS 跨接相线与零线，避免混合保护导致能量分配不均。

四、典型应用场景选型示例

1. 户外 220VAC 充电桩电源

    · 一级保护：GDT（10kA/470Vdc，如 TE 的 1005 系列）

    · 二级保护：MOV（5kA/310Vrms，14D310K）

    · 三级保护：TVS（1.5kW/36V，1.5SMC36A）

    · 辅助器件：串联 10Ω/5W 电阻（GDT 与 MOV 之间），抑制续流。

2. 48V 直流充电模块

    · 一级保护：TSS（90V 击穿，如 Littelfuse 的 SP3010）

    · 二级保护：MOV（68Vrms，7D68K）

    · 三级保护：TVS（60V/500W，SMBJ60A）

总结

      防雷 / 防浪涌器件选型需遵循 “多级防护、能量分级、参数匹配” 原则，根据模块电源的输入电压、应用场景浪涌等级及后级器件耐压，合理组合 GDT/MOV/TVS 等器件，并通过串联阻抗、优化接地等方式提升保护效果。同时需关注器件的老化特性，辅以失效保护设计，确保长期可靠运行。