固體放電管雷擊應(yīng)用優(yōu)勢

固體放電管Sidactor具有可控硅的特性，通過高dv/dt觸發(fā)工作，省去了驅(qū)動引腳，非常適用于浪涌與雷擊防護(hù)，與氣體放電管一樣屬于撬棒型保護(hù)，撬棒型的電氣特點(diǎn)可以見如下圖，正常工作狀態(tài)下是關(guān)斷的，此時漏電流較小，在浪涌電壓超過擊穿電壓VBO時，電路導(dǎo)通進(jìn)入低鉗位狀態(tài)。

本篇文章重點(diǎn)分析對于固體放電管的雷擊應(yīng)用展開講解。

固體放電管結(jié)構(gòu)：

固體放電管Sidactor具有可控硅的特性，通過高dv/dt觸發(fā)工作，省去了驅(qū)動引腳，非常適用于浪涌與雷擊防護(hù)，與氣體放電管一樣屬于撬棒型保護(hù)，撬棒型的電氣特點(diǎn)可以見如下圖，正常工作狀態(tài)下是關(guān)斷的，此時漏電流較小，在浪涌電壓超過擊穿電壓VBO時，電路導(dǎo)通進(jìn)入低鉗位狀態(tài)。與之對應(yīng)的壓敏電阻與TVS屬于鉗位型器件，撬棒型器件具有通流量大的優(yōu)點(diǎn)，鉗位型具有穩(wěn)定電壓的優(yōu)點(diǎn)，從原理上看，元器件實(shí)際能承受的能耗功率是有限的，撬棒型具有低保護(hù)電壓，因此可以流過更大的浪涌電流，但是對于電流電壓不過零的線路，撬棒型就沒辦法自然關(guān)斷，因此就有了撬棒型與鉗位型器件的搭配使用情況。

固體放電管電氣特性：

以Pxxx0S3N系列DO-214AB封裝為例，P3800S3NLRP工作電壓Vdrm為350V，此時漏電流Idrm為5uA，擊穿電壓Vs在dv/dt 100V/us時對應(yīng)為430V，Is為擊穿時的漏電流，超過擊穿電壓后隨著工作電流的上升，導(dǎo)通壓降也會增加，其中Ih為最小的保持電流，當(dāng)工作電流低于Ih時，固體放電管恢復(fù)關(guān)斷狀態(tài)，

規(guī)格書同樣給出了不同浪涌波形下的浪涌通流能力，如下可以看到P3800S3NLRP在8/20us波形時可以承受3000A電流，在正弦波50/60Hz時可以承受250A電流。

浪涌實(shí)例分享：

單相電源輸入端，220Vac輸入，最大264Vac，通過兩個方案對比：

1.     純壓敏方案，考慮到壓敏電阻具有浪涌衰減特性，選用MOV選型一般按輸入電壓的1.4~2倍，這里選用385Vac產(chǎn)品，料號為V14H385AUTO。

2.     壓敏+固體放電管方案，壓敏選用250Vac工作電壓，固體放電管350Vdc，V14H250AUTO + P3800S3NLRP。

如下為鉗位電壓與浪涌電壓曲線，從中可以看出壓敏電阻與固體放電管的組合可以使得鉗位電壓下降300-400V，從保護(hù)效果來看，對于后級半導(dǎo)體器件具有很大的幫助，尤其是工作電壓在臨界的狀態(tài)。

如下為施加固定電壓對比漏電流大小，以及施加1mA漏電流時對應(yīng)的擊穿電壓，可以看出固體放電管與壓敏電阻的組合能夠有效減小系統(tǒng)漏電流，有助于延緩壓敏電阻的老化衰減。

實(shí)測對比波形，可以看出對于6kV浪涌測試，后級電路半導(dǎo)體IGBT或者M(jìn)OSFET通常為1200V，此時可以通過固體放電管與壓敏電阻的組合有效規(guī)避超過半導(dǎo)體耐壓而出現(xiàn)的失效情況。當(dāng)然，施加工作中由于線路中具有共模與差模電感，還有母線電容的吸收，真正達(dá)到功率半導(dǎo)體的電壓會有所下降，具體可以通過實(shí)測來驗(yàn)證。

本次實(shí)例分享可以看出壓敏電阻與固體放電管的組合方式對于線路的鉗位有顯著效果，同時可以在減小壓敏漏電流的同時提高其使用壽命，對于高可靠性以及半導(dǎo)體耐壓比較極限的應(yīng)用是一個很好的解決方案。

作者：Littelfuse客戶經(jīng)理Rambo Liu