細(xì)說Semtech SurgeSwitch保護(hù)器件

隨著集成電路技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)，如IEC 61000-4-5浪涌保護(hù)。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(hù)方案是非常必要的。

多年來，行業(yè)中浪涌保護(hù)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(dǎo)致整體的售后或品牌的損失，從而進(jìn)一步提升系統(tǒng)的成本。

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

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：

在對產(chǎn)品的一些接口按IEC 61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)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(hù)后面的IC。

2 傳統(tǒng)TVS的保護(hù)

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(dāng)浪涌加載測試接口，TVS會吸收Ipp浪涌電流，并對過壓進(jìn)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(dá)歐姆級。當(dāng)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(hù)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(jié)面積與硅的特性限制了Rdyn值。即使結(jié)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(yīng)的鉗位電壓也是高的，并且結(jié)面積大的TVS也會有大的結(jié)電容、漏電流，封裝尺寸等問題。

3 Semtech SurgeSwitch技術(shù)

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

特點(diǎn)：VBR=Vclamp，Rdyn趨近于0

4 SurgeSwitch與傳統(tǒng)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(yīng)用在高溫環(huán)境下。高溫下的傳統(tǒng)TVS結(jié)溫會上升，散熱能力下降，鉗位電壓會大幅增加，進(jìn)而功率Ppk會大幅減小。而SurgeSwitch使用的是閉環(huán)設(shè)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。

? 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(jié)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)境溫度變化小），封裝更小，結(jié)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(diǎn)，是更多新的失效場景下的強(qiáng)有力的解決方案。