瞬态分流抑制器(TDS)应用于高效系统保护IC解密
瞬态电压抑制(TVS)二极管通常是浪涌保护的热门选择。尽管它们的成本低廉和应用简单等特点使其应用广泛,但其固有的缺点仍给系统设计带来了挑战。TVS二极管对温度变化极为敏感、较高的钳位电压以及较大的封装体积,通常需要对受保护电路进行过度设计,这无疑增加了系统浪涌防护方案的复杂度以及增加系统的设计成本。
湖南静芯半导体突破浪涌控制(SurgeControl)技术,IC解密推出瞬态浪涌分流抑制器(Transient Diverting Suppressors,简称TDS)产品系列,以防止系统中引入的瞬态浪涌事件。这种采用IC技术提供了一种稳健的浪涌解决方案,不再基于传统TVS二极管中PN结进行击穿和电流泄放,而是通过内置的浪涌额定场效应晶体管将浪涌电流转移至地,其相比于TVS管中的PN结具备更低的导通电阻。因此TDS提供精确、平缓且与温度无关的钳位电压,从而最大限度地减少受保护系统的残压。
TDS的封装体积比行业标准的SMA/SMB封装小90%,其电容更低,漏电流比传统的TVS解决方案低50%。本文简要概述了浪涌保护标准,解释了瞬态浪涌转移技术,并通过示例说明该技术如何优化系统设计。
浪涌保护需求
随着工业设备设计越来越先进,对更强大、空间效率更高的电路保护需求有所增加。IC解密集成电路技术的发展将更多的功能集成在更小的半导体元件内,使得构建晶体管的尺寸缩小到纳米级别。
尽管这些集成电路为工业设备提供了比以往更多的效力,但较小的封装对工业环境中常见的瞬态应力的防护力较低。与消费电子设备不同,大多数工业系统必须符合国际标准以满足浪涌抗扰度,例如国际电工委员会IEC 61000-4-5浪涌保护和IEC 61000-4-2静电放电(ESD)保护。工业系统的产品需要在恶劣环境中运行,为了维持较长的使用寿命,可靠的浪涌保护解决方案是工业设备的必要条件。
多年来,行业在浪涌保护方面的主要选择是分立式TVS二极管(图1)。TVS二极管成本低廉,但其温度变化范围大和钳位效率低下可能导致整体系统成本和体积增加。为了克服这些缺点,同时确保系统的稳定性和可靠性,设计师通常使用耐高压的元件。这些元件成本更高,功耗更大,并占用更多的电路板空间。
工程师们设计的系统通过了IEC 61000-4-5,这是系统级冲击免疫的严格标准。IC解密本标准定义了浪涌免干扰测试的测试设置和程序。与IEC 61000-4-2标准所涵盖的ESD事件不同,浪涌事件(通常发生在电力系统切换瞬态或闪电放电场景中)具有更长的脉冲持续时间和更高的能量
IEC 61000-4-5标准根据设备安装的位置,规定了不同的级别或分类,如表1所示。例如,第1类用于部分受保护的环境,而第3类用于电缆并行运行的环境。浪涌电压水平以及来自浪涌冲击的等效阻抗(要求)决定了保护器件需要泄放的浪涌电流峰值。