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細說Semtech SurgeSwitch保護器件

發(fā)布時間:2023-08-09 來源:Semtech 責任編輯:wenwei

【導讀】隨著集成電路技術的發(fā)展,越來越多的功能集中到尺寸越來越小的芯片中。絕大部分產(chǎn)品接口必須滿足抗浪涌的國際標準,如IEC 61000-4-5浪涌保護。而在一些工業(yè)系統(tǒng)中有著更長的產(chǎn)品壽命和在更惡劣的環(huán)境下工作的需求,因此一個好的浪涌保護方案是非常必要的。


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多年來,行業(yè)中浪涌保護的主要選擇是SMA/SMB離散TVS二極管。盡管TVS二極管功率大,成本低,但因其隨溫度變化電特性改變和鉗位效率不高等因素,可能會導致整體的售后或品牌的損失,從而進一步提升系統(tǒng)的成本。


為了克服這些缺點,同時保證系統(tǒng)的安全性和可靠性,Semtech公司設計使用了一種新型技術來實現(xiàn)浪涌的防護,即SurgeSwitch技術。這種技術最大的特點就是可以消除過電壓,提供精確的、平順的、與溫度無關的鉗位電壓,從而最大限度地保護系統(tǒng)。


今天我們就來為各位小伙伴介紹一下我們的SurgeSwitch產(chǎn)品,以及對比傳統(tǒng)TVS,它具有哪些優(yōu)勢。


1 IEC 61000-4-5標準


我們絕大多數(shù)產(chǎn)品接口都需要滿足IEC的浪涌測試,


IEC 61000-4-5波形是一個組合波形,開路電壓波形為1.2X50us, 短路電流波形為8X20us。波形如下:


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在對產(chǎn)品的一些接口按IEC 61000-4-5標準做Surge測試時,需要靠近接口使用TVS,通過吸收浪涌電流來鉗位過壓Surge波形,保護后面的IC。


2 傳統(tǒng)TVS的保護


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從傳統(tǒng)TVS的IV曲線圖可以看出,傳統(tǒng)工藝的TVS含有一定值的內(nèi)阻Rdyn。當浪涌加載測試接口,TVS會吸收Ipp浪涌電流,并對過壓進行鉗位,鉗位電壓值按上左圖計算:


Vclamp=VBR+Rdyn*IPP (VBR為TVS開啟電壓)


傳統(tǒng)TVS的VBR與Rdyn大小固定,Rdyn可高達歐姆級。當有浪涌電流Ipp流過TVS時,會產(chǎn)生比工作電壓Vrwm大的多的鉗位電壓。為了保護后級的IC,IC可以通過自身提高安全電壓,但這帶來的成本顯然是終端客戶無法接受的。我們也可以考慮盡量減小TVS的Rdyn值,但傳統(tǒng)TVS結面積與硅的特性限制了Rdyn值。即使結面積做的非常大,Rdyn也會有百毫歐的數(shù)量級。這樣一個大浪涌過來時,雖然會有大的Ipp流過TVS,但相應的鉗位電壓也是高的,并且結面積大的TVS也會有大的結電容、漏電流,封裝尺寸等問題。


3 Semtech SurgeSwitch技術


采用SurgeSwitch技術可以消除傳統(tǒng)TVS的這些弊端,SurgeSwitch技術下的鉗位電壓Vclamp=VBR,使得開發(fā)者設計保護電路時更容易。


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特點:VBR=Vclamp,Rdyn趨近于0


4 SurgeSwitch與傳統(tǒng)TVS對比


? 浪涌鉗位波形


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可以看出,在同等浪涌電流下的鉗位,SurgeSwitch的鉗位幅值以及鉗位過程相較于傳統(tǒng)的TVS,會更低且更平緩。


? 漏電流


SurgeSwitch相較于傳統(tǒng)TVS,漏電流更低。


? 功率隨溫度扭曲


傳統(tǒng)TVS規(guī)格書中的最大功率是常溫下測得的Ppk,但客戶產(chǎn)品在很多情況下卻應用在高溫環(huán)境下。高溫下的傳統(tǒng)TVS結溫會上升,散熱能力下降,鉗位電壓會大幅增加,進而功率Ppk會大幅減小。而SurgeSwitch使用的是閉環(huán)設計,隨著環(huán)境溫度變化,鉗位電壓變化很小,峰值功率衰減很小。


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? 可靠性


SurgeSwitch相較于傳統(tǒng)TVS,更具可靠性,在經(jīng)歷幾千次浪涌后鉗位電壓、漏電流,浪涌能力幾無衰減。


5 結語


SurgeSwitch對比于傳統(tǒng)TVS,其具有鉗位電壓更穩(wěn)定(隨外部浪涌能量變化小,隨環(huán)境溫度變化?。庋b更小,結電容小且隨反向電壓變化小,漏電流,浪涌能力幾乎無衰減,可靠性更高等優(yōu)點,是更多新的失效場景下的強有力的解決方案。



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