半导体过压保护器件和它的应用

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它造成的后果有以下几个方面。一个是造成部分或整体的损坏，第二种是干扰正常的功能，无法完成正常使用效果，最严重的可能会加速设备老化，缩短寿命。
雷击有三个渠道，通过这三个渠道可以对我们的设备造成损害，一种是雷击在我们室外传输线附近感受雷击的话，会通过传输线进到我们的设备，如果雷击到我们设备地线的时候，导致我们地电位的上升，导致设备的损坏，第三种还有雷在附近爆炸，通过电子脉冲的方式辐射到设备中，也会造成损坏。
雷击的浪涌电压有两个特点，一个电压会很高，电流也很大，但是它的作用时间会非常的短，这是雷电流的一种，一种是直击雷，一种耦合雷，对应雷的电流是不一样。
工业过电压就不说了，大概是这么几种情况。静电也是我们需要防护的一个很重要的方面，尤其是半导体用来做防静电效果非常好，这是核磁脉冲。

哦对了，先自我介绍一下，大家好刘建朝，今天我是简单跟大家介绍一下半导体的保护器件，大概分这么几个方面，首先介绍一下浪涌的来源，大概分四种，作为保护来说，研究比较多的一个是雷击，一个是静电，这个主要是军用的，遇到的情况比较少，大部分是大电流的，保护不是半导体考虑的，我们更考虑雷击和静电。谢谢！同时感谢本次电路保护与电磁兼容研讨会的主办方 中国电子展(www.aidzz.com)、电子元件技术网(www.cntronics.com)和我爱方案网(www.52solution.com)！
ESD的产生根据这几种模型大概分成以下几种。最常用的就是人体放电的模型，机器放电的模型，主电充电的模型，还有电场感应的模型。
它的危害也很大，会造成设备损坏，影响可靠性，每年造成的损失是相当可观的，机理大概分这么几部分，失效机理会造成这儿几个，第一个是二次击穿，一个是金属层的熔化，介质击穿，气弧的放电，还有其它的击穿方式。
一些静电保护投入会有很高的回报。下面一个是它的标准，我们谈保护，大家用的最高的标准就是电工协会的标准，我们的国标跟这个基本上差不多，这是我们已经有的ESD保护的器件，我们分成两大类，一个纯ESD保护，有一种是ESD、EMI的滤波器在一起的保护，这个纯ESD保护又分几种，一种单路，一种阵列的，一种低电容的，种类很多，最小的大概一个毫米都不到，还有多路的，然后低电容的，低电容最新已经做到0.5个PF，半导体的ESD保护器件，有ESD 的保护，还有滤波器，都是半导体的保护。

讲一下它的选型，TVS的选型可能要考虑几个方面，一个是击穿电压的选择，我们大概有这么一个准则，有单向的，有双向的。第二个是钳位电压的选择，第三个是浪涌功率的选择，第四个是极间电容的选择，因为现在通讯越来越快，电容大家选TVS电容要注意的地方，选择不好会有很多不良的影响。
这是我们给出来的一个极间电容与工作频率的关系，你的工作频率是多少？你要选它的电容，要小到什么程度？这样让保护器件不至于对你电路造成不良的影响。

这是目前ESD的应用，大的市场就是手持终端，还有一大块是以太网的交换机，还有LED，还有安防系统，因为安防现在也是一大工程，现在正在建安防城市，这一块市场也是很大，还有一个是军用接口，防静电，防电磁脉冲，这是很重要的一个领域。
关于上面这个问题，更多内容可以参考电子元件技术网的元器件知识库( http://www.cntronics.com/public/baike )栏目或是我爱方案网的知识堂( http://www.52solution.com/knowledge )频道！
这是我们给出来的一个手机，对应手机每一个接口，每一个部位我们的保护方案，再下一类就是大功率，刚才介绍的都是小功率的TVS，用在手持终端一类的，大的功率用的范围更广，很多东西都可以用得到，我们分为两大类，一种传统的，一个是低电容的。为什么列出来这个？传统的大的TVS集成电容非常大，600瓦在几千PF，基本上信号线上不能用，这一类我们把它做成低电容的TVS来扩展TVS的应用领域。
这是它的封装形式，小功率的封装小一点，大的功率体积会大一点。
低电容我们大概也是这样几个系列，电容大家可以看到我们600瓦可以做到20PF，传统在五千PF以上，1500W在60以上，它的应用很广泛，所有的安防，电源系统，电表，包括军用电子设备接口，用的非常普遍。
稳压管，起到是稳定电压的作用。

这个我们主要的特点，在小的封装体积下我们可以做到功率比较大，满足一些，尤其像手机领域的需求，我们甚至还有523做到450，500毫瓦的封装，主要用在手机上。传统100，150。
第三大类半导体的过压保护器件，我们叫做半导体保护器件，因为国内没有一个统一的名字。所有的防雷基本上都基于这么一种原则做的，大家看到的几乎所有都是这种方式，这是在雷击点和设备之间我们加一个传导装置，把雷击的能量给它泄放掉，我们半导体也是基于这种原理来做。
这是美国人给的一个统计数据，雷击占你设备损坏，造成设备损坏的几率大概有多少，不包括实施了防雷以后减少的。
给大家介绍一个概念，所谓的防雷是分等级的，不是说用一级防雷就可以解决所有的问题，你应该根据你要保护的设备要求的不同来设计几级防雷，一般我们分成三级。

下面简单介绍一下常用几种防雷的器件，一种是气体防雷管，这个大家可能听到的很多，早期会用到很多气体防雷管，不管是陶瓷的，还是玻璃气体的，现在用的越来越少。第二是压敏电阻，有一些人用压敏电阻来做保护，第三种就是TVS，第四种就是我正在讲的过压保护器件，根据这个波形大家都可以看到，最理想的保护吸收的功率会很大。这里我们给出来一个表格，就是器件类别，半导体放电管，气体放电管，TVS二极管的比较，半导体的保护方式，TVS是钳位的，原理是固态四层可控硅结构，气体是气体电离导电，TVS是雪崩二极管。极间电容两个之间可以做到很长，灯管一米到一米二的都有，它的电容非常大，漏电流马马虎虎可以接受，它们都会退化，这个寿命最好，半导体优点是导通很精确，半导体可以做到非常精确，而且响应很快。

气体放电管之所以大家用的越来越少，一个它会退化，一个是辐射，大批量运用辐射很明显，而且做到低压很头疼。TVS通过电容的能量比较小，它电容偏大，半导体的优势比较明显，主流的结构保护全部用半导体，气体这个已经被淘汰了，不允许用在通讯设备了。
这是给出来一个分类，一种是单向的，一种是双向的，这种是可编程，就是它可以控制的，最新的同时有过流保护，还有过压保护的半导体。
它的选型可能考虑这五项，第一项截止电压，如何选择这个截止电压，必须大于被保护的电路的最大工作电压，这是比较理想的，可能在这种理想的基础上做一个适当的放宽，大概10%，20%。

转折电压，一定要小于你能承受最大瞬态的峰值电压，这样在你设备损坏之前我们保护电路提前运作，才能比较好的保护你的设备，这也是一个半导体的保护器件很重要的特点，大家都记得，它有一个维持电流，它的维持电流一定要大于你的工作电流，加上你的短路电流之和，否则半导体不会永远处在保护状态。

而且这个也决定了半导体防雷的器件不能用在电源端，为什么呢？因为电源端短路你的电流可以很大。这个是集成电容，你怎么选集成电容，就是考虑你的电路里头能够忍受的插入损耗，峰值电流根据你自己的电流形式和你要达到的防雷的等级，这样一个原则去选你的电流，因为峰值电流越大它的功率就越大，它的集成电路就一定越大，它的价格一定就越贵。
另外在这里顺便说一句，2012最新的第十二届电路保护与电磁兼容研讨会正在火热筹备中，现在在线抢注，可以免费获得价值300元的研讨会入场卷。在线报名地址是： http://www.cntronics.com/public/seminar/
半导体的保护器件，目前应用最广泛的是这几个领域，目前家用就是ADSL，这些都是设备的接口，数据线，这是我们常用的接口，还有一大类用的就是交换机，极端的交换，每一个端口都做了严格的保护。我们VOIP产量很小，大量用做出口。这是一个极端交换机的一个应用方案，一般分为两极来保护。这是一个数据线的保护方案，五伏的数据线，这是电脑的接口。
  
提问：我有一个问题想问您，您前面介绍寄生电容的选择，电路的插入允许的下限值一般会在多少？比如说多少个DB的损耗你才认为是可行的？
刘建朝：这没有一个绝对的数据在这里，每一家的应用，你后续电路的灵敏度是多少，允许衰减到多少，这要自己考虑，没有统一的标准。
下面只是例举了两个问题，完整的专家问答环节见原文地址：
http://www.cntronics.com/public/seminar/content/type/article/rid/120/sid/23
提问：这需要实际来测才可以？
刘建朝：对，工程师自己来选。
提问：现在ESD防护的时候，很多人说我ESD响应速度很快，这个响应速度具体指的哪一块？
刘建朝：这种响应速度，最快的还是半导体，因为它只有一个PN结，当你有干扰信号，基本上电子在流动，可以非常快，就是指这个TVS导通的时间会很快。