學(xué)過壓保護(hù)器件

過電壓保護(hù)器件

知識(shí)簡介1過電壓保護(hù)器件1

、浪涌電壓的來源2

、主要防雷元件簡介3

、過電壓保護(hù)器件工作原理4

、過電壓保護(hù)器件工藝及其質(zhì)量保證5

、過電壓保護(hù)器件分類6

、過電壓保護(hù)器件選型7

、過電壓保護(hù)器件簡介8

、過電壓保護(hù)器件的應(yīng)用2一、浪涌電壓的來源1、雷擊、閃電2、工業(yè)過電壓3、靜電感應(yīng)（ESD）4.核磁輻射3雷擊損壞設(shè)備的渠道室外傳輸線路遭受雷擊閃電帶來的電磁脈沖輻射地電位反擊被保護(hù)設(shè)備4維持時(shí)間很短在微秒級浪涌電壓

幅值很高浪涌電壓電

壓時(shí)間5雷電流對比圖6瞬間過電壓–

電氣短路

、開路

(circuitbreaker,

fuse.–開關(guān)電閘

(switchingcircuits...)–感性容性負(fù)載通斷臨時(shí)過電壓–相線錯(cuò)誤

、地線錯(cuò)誤

(IT

network...)–零線開路7工業(yè)過電壓靜電感應(yīng)Electro-Static

Discharge人體的電容量大約為

100至300pF在地毯上行走大約會(huì)產(chǎn)生25-40kV的高壓在接觸時(shí)約會(huì)產(chǎn)生5到

15kV/25ns的放電對極為敏感的集成電路產(chǎn)生干擾或破壞8核電磁脈沖核輻射電場磁場以上能量的瞬變帶來的浪涌脈沖?EM

field

>

50kV/m?Rise

Time

:

10ns9本數(shù)據(jù)未包

含因?qū)嵤┓?/p>

雷保護(hù)而減

少的雷擊損

失通訊及數(shù)據(jù)傳輸處理設(shè)備損失比例

Insurance保險(xiǎn)公司統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)水災(zāi)9%其它自然災(zāi)害7%其它故

障13%電器故

障6%雷擊

13%火災(zāi)

26%盜竊

26%10浪涌電壓對設(shè)備損傷后果部分或整體損壞干擾正常功能,無法完成正常使用效果設(shè)備加速老化,縮短壽命11電路板及元器件損壞雷擊損壞圖例1213防雷器安裝在雷擊發(fā)生點(diǎn)到被保護(hù)設(shè)備之間防雷保護(hù)基本準(zhǔn)則雷擊點(diǎn)傳

導(dǎo)設(shè)

備實(shí)現(xiàn)分級浪涌保護(hù)示意CLASSIIICLASSICLASSII被保護(hù)設(shè)備外接線路14二、主要防雷元件氣體防雷管（間隙放電器件）

1000ns

-

壓敏電阻器

(MOV)瞬態(tài)二極管過壓保護(hù)器件0.1ns25ns0.1ns15

器件類別

保護(hù)方式

原理

響應(yīng)時(shí)間

電容

最大漏電流重復(fù)使用可靠性主要優(yōu)點(diǎn)主要缺點(diǎn)固態(tài)四層可控硅結(jié)構(gòu)<1ns50pF瞬間電流最小響應(yīng)時(shí)間緩慢16精確導(dǎo)通,無限重復(fù),快速響應(yīng)瞬間電流較小雪崩二極管<

1ns50pF半導(dǎo)體放電管負(fù)阻1μA1pA氣體放電管負(fù)阻最大瞬間電流（8/20μ

s）瞬間電流最大低電壓使用,價(jià)廉TVS二極管箝位>1μs1pF氣體電離導(dǎo)電無限重復(fù)使用可能蛻化可能損壞20000A20μA3000A50A氣體放電管有兩個(gè)電極,它們安置在一個(gè)充滿惰性氣體的管子內(nèi),彼此相距很近。在斷路狀態(tài)下,電阻很大,寄生電容很??；當(dāng)高電壓（90,150,230,260和350V是典型的氣體管電壓）加到兩極時(shí),管中的氣體發(fā)生電離,電路導(dǎo)通,導(dǎo)通電阻很小,可承受很大的沖擊電流,但導(dǎo)通速度較慢（us級）,可靠性差,每次沖擊都會(huì)退化,承受幾百次的沖擊后,就會(huì)失效。17氣體放電管TVS二極管是特別設(shè)計(jì)用來提供過壓保護(hù)的二極管。它在反向應(yīng)用條件下,當(dāng)承受瞬變電壓超過其擊穿電壓時(shí),其工作導(dǎo)通電阻很小,允許大電流通過,并將電壓箝位到預(yù)定水平,從而起到保護(hù)作用。TVS二極管的最大優(yōu)點(diǎn)是箝位系數(shù)小,體積小、響應(yīng)速度快、每次經(jīng)受瞬變電壓和浪涌后其性能不會(huì)退化,可靠性高等。其缺點(diǎn)是寄生電容大,耐電流量小。TVS二極管18采用了先進(jìn)的離子注入技術(shù),開啟電壓的一致性好,明顯優(yōu)于氣體放電管和壓敏電阻采用了SCR結(jié)構(gòu),浪涌電流的吸收能力強(qiáng),明顯優(yōu)于瞬態(tài)抑制二極管(TVS)納秒（10E-9）級的響應(yīng)速度無極性、雙向保護(hù)、可靠性高、壽命長19半導(dǎo)體過電壓保護(hù)器件三、過壓保護(hù)器件工作原理2021基本結(jié)構(gòu)與電特性反向工作狀態(tài)（K端接正

、A端接負(fù)）正向工作狀態(tài)（A端接正

、K端接負(fù)）1

、

阻斷區(qū)；2

、

雪崩區(qū)；3

、

負(fù)阻區(qū)；4

、低阻通態(tài)區(qū)。工作原理22此時(shí)器件兩端所加電壓低于擊穿電壓,J1正偏,J2為反偏,電流很小,起了阻擋電流的作用,外加電壓幾乎都加在了J2上。 23阻斷區(qū)當(dāng)外加電壓上升接近J2結(jié)的雪崩擊穿電壓時(shí),反偏J2結(jié)空間電荷區(qū)寬度擴(kuò)展的同時(shí),結(jié)區(qū)內(nèi)電場大大增強(qiáng),從而引起倍增效應(yīng)加強(qiáng)。于是,通過J2結(jié)的電流突然增大,并使流過器件的電流也增大,這就是電壓增加,電流急劇增加的雪崩區(qū)。24雪崩區(qū)過電壓保護(hù)器件的反向偏置示意圖25當(dāng)外加電壓增加到大于VBO時(shí)，由于雪崩倍增效應(yīng)而產(chǎn)生了大量的電子空穴對，此時(shí)這些載流子在強(qiáng)場的作用下，電子進(jìn)入n2區(qū)，空穴進(jìn)入p1區(qū)，由于不能很快復(fù)合而分別堆積起來，使J2空間電荷區(qū)變窄。由此使p1區(qū)電位升高、n2區(qū)電位下降，起了抵消外電壓的作用。隨著J2結(jié)區(qū)電場的減弱，降落在J2結(jié)上的外電壓將下降，雪崩效應(yīng)也隨之減弱。另一方面，J1.J3結(jié)的正向電壓卻有所增加，注入增強(qiáng)，造成通過J2結(jié)的電流增大，于是出現(xiàn)了電流增加電壓減小的負(fù)阻現(xiàn)象。負(fù)阻區(qū)26如上所述，雪崩效應(yīng)使J2結(jié)兩側(cè)形成空穴和電子的積累，造成J2結(jié)反偏電壓減??；同時(shí)又使J1.J3結(jié)注入增強(qiáng)，電流增大，因而J2結(jié)兩側(cè)繼續(xù)有電荷積累，結(jié)電壓不斷下降。當(dāng)電壓下降到雪崩倍增完全停止，結(jié)電壓全部被抵消后，J2結(jié)兩側(cè)仍有空穴和電子積累時(shí)，J2結(jié)變?yōu)檎４藭r(shí)，J1.J2和J3全部為正偏，器件可以通過大電流，因而處于低阻通態(tài)區(qū)。完全導(dǎo)通時(shí)，其伏安特性曲線與整流元件相似。27低阻通態(tài)區(qū)四、過壓保護(hù)器件制作工藝及其質(zhì)量保證28芯片制作工藝及其質(zhì)量保證（略）29?芯片封裝工藝步驟30金屬化31劃片之后,將貼有圓片的繃膜環(huán)安裝在粘片機(jī)上,光學(xué)掃描儀在大圓片上檢測到好管芯后,將之從藍(lán)膜上頂起,用吸嘴吸起送至支撐臺(tái)上,使之通過粘接劑粘在引線框架上。32粘

片粘

片33過壓保護(hù)器件所采用的鍵合方式為引線鍵合。引線鍵合是用熱超聲的方法,分別把引線鍵合到芯片和和引線框架的表面,即在芯片的每個(gè)I/O端和與其相對應(yīng)的封裝引腳之間鍵合上一根或多根金屬細(xì)絲。鍵

合3435在芯片被粘接到框架上之后,將框架送入多個(gè)型腔的包封模,通過遞模成型工藝用熱固型塑料進(jìn)行包封。塑

封3637在電路的引腳上鍍上所需的金屬，其作用如下:保護(hù)金屬框架不被腐蝕保證IC的可焊性電

鍍38沖切成型39SOP8微型塑料封裝40五

、過電壓保護(hù)器件分類41過電壓保護(hù)器件性能42過電壓保護(hù)器件參數(shù)43過電壓保護(hù)器件封裝形式44過電壓保護(hù)器件封裝形式4546過電壓保護(hù)器件分類47六

、過壓保護(hù)器件選型4849截止電壓的選擇轉(zhuǎn)折電壓的選擇

維持電流的選擇

寄生電容的選擇

峰值電流的選擇過電壓保護(hù)器件的選擇必須大于被保護(hù)的電路的最大工作電壓如:對ISDN:最大直流電壓:150V信號(hào)電壓:3V截止電壓V≥153V截止電壓的選擇50雙向過壓保護(hù)器件I-V曲線51必須小于設(shè)備能承受的最大瞬態(tài)峰值電壓維持電流的選擇必須大于設(shè)備的工作電流和短路電流。轉(zhuǎn)折電壓的選擇52根據(jù)電路所允許的插入損耗確定峰值電流的選擇根據(jù)電路形式確定53寄生電容的選擇七

、過壓保護(hù)器件產(chǎn)品簡介54P系列可供產(chǎn)品型號(hào)可直接替代產(chǎn)品型號(hào)P1800P1500P3100P3500P2000P2400P2300P2600P1800B(E/S)*P1800A(E/S)*P1800A(E/S)P1800B(E/S)ST產(chǎn)品P1500B(E/S)*SMP80-270(S)SMP80-200(S)SMP100LC-270(S)SMP100LC-200(S)SMP50-240(S)SMP100LC-

160(S)SMP100LC-230(S)SMP50-220(S)SMP50-

140(S)SMP80-240(S)SMP80-220(S)SMP100LC-

140(S)SMP50-270(S)SMP50-200(S)PI產(chǎn)品P3100A(E/S)P3100B(E/S)P3100C(E/S)P2600A(E/S)P2600B(E/S)P2600C(E/S)P2400A(E/S)P2400B(E/S)P2400C(E/S)P1500A(E/S)P2300A(E/S)P2300B(E/S)P2300C(E/S)P2000A(E/S)P2000B(E/S)P2000C(E/S)P1800C(E/S)P1500C(E/S)*P3500A(E/S)P3500B(E/S)P3500C(E/S)P1500B(E/S)TECCOR產(chǎn)品TISP4290F3(SL)TISP4260F3(SL)TISP4389F3(SL)TISP4180F3(SL)P2300C(E/S)P2600C(E/S)P3500C(E/S)P1800C(E/S)P2000B(E/S)P2000A(E/S)P2300A(E/S)P3500B(E/S)P2000C(E/S)P1500A(E/S)P2600B(E/S)P2600A(E/S)P3500A(E/S)P3100C(E/S)P2300B(E/S)P1500C(E/S)P3100B(E/S)P3100A(E/S)55注:1、*為正在研發(fā)的產(chǎn)品2、A表示沖擊電流50A(10/560us),B表示沖擊電流100A(10/560us),C表示沖擊電流100A(10/1000us)。56可供產(chǎn)品型號(hào)P系列可直接替代產(chǎn)品型號(hào)P1300*P0300*P1100*P0720P0080P0800P0640P0300A(E/S)P1300A(E/S)P0800B(E/S)P0720B(E/S)P1300B(E/S)P1100B(E/S)P0640C(E/S)P0800C(E/S)*P1300C(E/S)P1100A(E/S)P0080C(E/S)P0080B(E/S)P0640B(E/S)P0640A(E/S)P0080A(E/S)*P1100C(E/S)P0300C(E/S)P0720A(E/S)P0300B(E/S)P0800A(E/S)*P0720C(E/S)TECCOR產(chǎn)品ST產(chǎn)品P0300B(E/S)P0300C(E/S)P0080A(E/S)P1300A(E/S)P0080B(E/S)P0080C(E/S)P1300C(E/S)P1100A(E/S)P1300B(E/S)P1100B(E/S)P1100C(E/S)P0800A(E/S)P0800C(E/S)P0720A(E/S)P0800B(E/S)P0720B(E/S)P0720C(E/S)P0640A(E/S)P0640B(E/S)P0640C(E/S)P0300A(E/S)SMP50-

120(S)SMP100LC-65(S)SMP50-68(S)SMP100LC-90(S)SMP100LC-25(S)SMP50-62(S)SMP100LC-8(S)SMP75-8SMP50-

100(S)SMP100LC-

120(S)PI產(chǎn)品TISP4150F3(SL)TISP4082F3(SL)TISP4072F3(SL)TISP4125F3(SL)LT系列可供產(chǎn)品型號(hào)可直接替代產(chǎn)品型號(hào)LT0602*LT3002LT1602*LT2202*LT3072LT4802LT200SLT6002TECCOR產(chǎn)品LT2202CLT3072C*LT0602ALT1602ALT3002ALT3002B*LT0602BLT3002C*LT1602BLT0602CLT200SALT200SBLT200SCLT3072ALT1602CLT4802ALT4802BLT3072B*LT4802CLT2202ALT6002ALT6002BLT2202BP0602BP0602AP1602AP3002BP1602BP4202CP0602CP2202CP1402CP2202BP1402AP4802AP1402BP1602CP4202AP2202AP3002CP4202BP3002AP4802BP4802CP6002AP6002BPI產(chǎn)品TISP3125F3TISP3072F3TISP3180F3TISP3260F3TISP3290F3TISP3380F3TISP3082F3ST產(chǎn)品LT6002CTHBT200SP6002C

57注:1、*為正在研發(fā)的產(chǎn)品2、A表示沖擊電流50A(10/560us),B表示沖擊電流100A(10/560us),C表示沖擊電流100A(10/1000us)?？晒┊a(chǎn)品型號(hào)LT系列可直接替代產(chǎn)品型號(hào)LT2103*LT2353LT1553LT2703*LT3203*TECCOR產(chǎn)品LT2103CLT2703ALT1553ALT1101CLT200MLT2353A*LT1553BLT2703BLT2703CLT0641A*LT1553CLT3203ALT2353B*LT3203BLT2103ALT3203CLT3010ALT2353CLT2103BLT3021ALT0641CLT0721CLT0641P1553BP2703BP3203CP1553AP2353CP2703CP1553CP0641AP0641CP1101CP2103AP2103BP3203AP2703AP2103CP0721CP3203BP2353AP2353BPI產(chǎn)品ST產(chǎn)品TISP7180F3TISP7290F3TISP7240F3TISP7260F3TISP1072F3TISP7380F3TLP200GTHDT58STPN3021CLP200MLT0721LT200MLT3021LT3010LT1101581

、兩端非對稱瞬態(tài)過壓保護(hù)器件（LT58S

、LT1072）專用于SLIC59伏安特性曲線圖器件外形圖60器件的等效功能符號(hào)61LT58S參數(shù)表IBOIPPmin10/1000μs75mAAmaxCmax200pFVRMVBOVBRIHIR800min10μAmax80min58150V1mAVI

RMmAmax15056V62LT1072參數(shù)表min10/1000μs35maxAIPPIBOmAmax100CpFmaxmin7215056581VVBOIHmAVmAVRMVBRIRV800max10I

RMμA150min632.兩端對稱瞬態(tài)過壓保護(hù)器件（LT200S、LT3072）64任意兩腳伏安特性曲線LT200S

、

LT3072器件外形圖65器件的等效功能符號(hào)66LT200S參數(shù)表minmax10/1000μsIPPA75150maxCpFmAIBOVBRVBOIHmaxminVVmA200260150180VVRM101mAμAIRI

RMmax800150min67LT3072參數(shù)表maxpFA10/1000μs35mAIPPC10maxμA72maxVIBO10μAmAmin150V58max100IDmin60VBO600maxI

RM150minIHVRM683.雙向?qū)ΨQ瞬態(tài)過壓保護(hù)器件（LT75-8、P3100、P2600、P2300、P1500等）69器件外形圖7071伏安特性曲線72I

RMVRMVRIRVBOIBOIHIPPmaxmaxmaxmaxmin10/1000μsμAVVμAVmAmAA26850158005075用于數(shù)據(jù)線的保護(hù)73LT75-8參數(shù)表P1500參數(shù)表max10/1000μstyp100A80pFminIPPCmax50mA800maxmAIHmaxIBO4180VV1405VTVVBOμAVRMI

RM74P3100A參數(shù)表5040maxApF10/560μstypIPPC800mA1505350maxmAIBOV275V10minmaxVmaxμAIHVTVBOVRMI

RM75P3100B參數(shù)表10060maxApF10/560μstypIPPC800mA1505350maxmAIBOV275V10minmaxVmaxμAIHVTVBOVRMI

RM76P3100C參數(shù)表10075maxApF10/1000μstypIPPC800mA1505350maxmAIBOV27510VminmaxVμAmaxIHVTVBOVRMI

RM77P2600參數(shù)表15060maxApF10/560μstypIPPC800mA1505290maxmAIBOV220V5minmaxVmaxμAIHVTVBOVRMI

RM78P2300參數(shù)表A50pFmaxIPP10/560μs30mAmACtypV800VVμA150maxIBO5265190minIH10maxVTmaxVBOVRMI

RM794.三端對稱瞬態(tài)過壓保護(hù)器件（LT3021、LT3010、LT7072、LT7150、LT7260、LT1553、LT200G）80SO-8SIP3器件外形圖81器件外形圖8283T

、R

、G任意兩腳間的伏安特性曲線8485LT3021參數(shù)表30AIPP10/1000μs25pF300CmAmaxIBO30mA38IHVVBO28typVVRMmaxmin4maxμAI

RMLT3010參數(shù)表IPPmaxmaxC10/1000μsA30maxpFI

RMIBO25VBOμAmaxmAIHVRMVRIR2maxV80015minmAVVμA50506886LT7072參數(shù)表max10/1000μspFACIPP40maxmAIBO800minmAmaxVIH150VBOμA72VI

RM10typVBR58max405687LT7150參數(shù)表45pFAmax800CIPP10/1000μs10mA150150μA120mAVV35IBO50maxI

RMIHminVBOmaxVBRtypmax88LT7260參數(shù)表45pFA10/1000μs800maxCIPP150260mA200max35mA50IBOVminmaxVIHVBO10typVBRmaxμAI

RM8990LT1553參數(shù)表ApF45max40IPPCmA10/1000μstypμAmA800V10150VIBO180I

RMmax130IHVBOminVBRmaxLT200G參數(shù)表A100maxminIPPmA10/1000μsμA500mAVVmA10VIBO1502002901maxI

RM180IHVBOVRIRminVBRmax915

、可編程瞬態(tài)過壓保護(hù)器件

（LT1511D）92伏安特性曲線93器件外形圖器件的等效功能符號(hào)9495LT1511D參數(shù)表1.線地間二極管相關(guān)參數(shù)測試條件IF=5A,tP=500μs1.0/700μs,1.5kV,RP=10Ω最大值35單位VV符號(hào)VFVFPVGATE=-48VVGATE=-48V（1.0/700

μs1.5kV)RP=

10Ω測試條件TC=70℃

,

V

RG=-75VVGND/LINE=-48VVGND/LINE=-48VTC=25℃

,

V

RG=-75V2

、保護(hù)晶閘管相關(guān)參數(shù)15010I

RGμAIHmAVDGLV550最小值最大值0.252.5VGTIGT符號(hào)V單位mA96測試條件3

、保護(hù)晶閘管和二級管間相關(guān)參數(shù)TC=25

℃

,

VGND/LINE=-

1V,VRM=-75VTC=70℃

,

VGND/LINE=-

1V,VRM=-75VVR=-3V,F=1MHzVR=-3V,F=1MHzI

RMC最大值符號(hào)單位55010050μAμApFpF976.過流、過壓保護(hù)器件LT200M98L