細說(shuō)Semtech SurgeSwitch保護器件

隨著(zhù)集成電路技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的功能集中到尺寸越來(lái)越小的芯片中。絕大部分產(chǎn)品接口必須滿(mǎn)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)系統中有著(zhù)更長(cháng)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(gè)好的浪涌保護方案是非常必要的。

多年來(lái)，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(huì )導致整體的售后或品牌的損失，從而進(jìn)一步提升系統的成本。

為了克服這些缺點(diǎn)，同時(shí)保證系統的安全性和可靠性，Semtech公司設計使用了一種新型技術(shù)來(lái)實(shí)現浪涌的防護，即SurgeSwitch技術(shù)。這種技術(shù)最大的特點(diǎn)就是可以消除過(guò)電壓，提供精確的、平順的、與溫度無(wú)關(guān)的鉗位電壓，從而最大限度地保護系統。

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

1 IEC 61000-4-5標準

我們絕大多數產(chǎn)品接口都需要滿(mǎn)足IEC的浪涌測試，

IEC 61000-4-5波形是一個(gè)組合波形，開(kāi)路電壓波形為1.2X50us， 短路電流波形為8X20us。波形如下：

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

2 傳統TVS的保護

從傳統TVS的IV曲線(xiàn)圖可以看出，傳統工藝的TVS含有一定值的內阻Rdyn。當浪涌加載測試接口，TVS會(huì )吸收Ipp浪涌電流，并對過(guò)壓進(jìn)行鉗位，鉗位電壓值按上左圖計算：

Vclamp=VBR+Rdyn*IPP (VBR為T(mén)VS開(kāi)啟電壓)

傳統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(guò)TVS時(shí)，會(huì )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(guò)自身提高安全電壓，但這帶來(lái)的成本顯然是終端客戶(hù)無(wú)法接受的。我們也可以考慮盡量減小TVS的Rdyn值，但傳統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(huì )有百毫歐的數量級。這樣一個(gè)大浪涌過(guò)來(lái)時(shí)，雖然會(huì )有大的Ipp流過(guò)TVS，但相應的鉗位電壓也是高的，并且結面積大的TVS也會(huì )有大的結電容、漏電流，封裝尺寸等問(wèn)題。

3 Semtech SurgeSwitch技術(shù)

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

特點(diǎn)：VBR=Vclamp，Rdyn趨近于0

4 SurgeSwitch與傳統TVS對比

? 浪涌鉗位波形

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(guò)程相較于傳統的TVS，會(huì )更低且更平緩。

? 漏電流

SurgeSwitch相較于傳統TVS，漏電流更低。

? 功率隨溫度扭曲

傳統TVS規格書(shū)中的最大功率是常溫下測得的Ppk，但客戶(hù)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TVS結溫會(huì )上升，散熱能力下降，鉗位電壓會(huì )大幅增加，進(jìn)而功率Ppk會(huì )大幅減小。而SurgeSwitch使用的是閉環(huán)設計，隨著(zhù)環(huán)境溫度變化，鉗位電壓變化很小，峰值功率衰減很小。

? 可靠性

SurgeSwitch相較于傳統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(wú)衰減。

5 結語(yǔ)

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