过压保护器件.ppt

1,过电压保护器件知识简介,2,过电压保护器件,1、浪涌电压的来源2、主要防雷元件简介3、过电压保护器件工作原理4、过电压保护器件工艺及其质量保证5、过电压保护器件分类6、过电压保护器件选型7、过电压保护器件简介8、过电压保护器件的应用,3,一、浪涌电压的来源,1、雷击、闪电2、工业过电压3、静电感应（ESD）4、核磁辐射,4,雷击损坏设备的渠道,室外传输线路遭受雷击,闪电带来的电磁脉冲辐射,地电位反击,被保护设备,5,浪涌电压,维持时间很短在微秒级,浪涌电压幅值很高,时间,电压,6,雷电流对比图,7,工业过电压,瞬间过电压电气短路、开路(circuitbreaker,fuse.)开关电闸(switchingcircuits.)感性容性负载通断临时过电压相线错误、地线错误(ITnetwork.)零线开路,8,静电感应Electro-StaticDischarge,人体的电容量大约为100至300pF在地毯上行走大约会产生25-40kV的高压在接触时约会产生5到15kV/25ns的放电对极为敏感的集成电路产生干扰或破坏,9,核电磁脉冲核辐射电场磁场以上能量的瞬变带来的浪涌脉冲,EMfield50kV/mRiseTime:10ns,10,统计数据,通讯及数据传输处理设备损失比例Insurance保险公司统计,盗窃26%,水灾9%,其它自然灾害7%,火灾26%,雷击13%,电器故障6%,其它故障13%,本数据未包含因实施防雷保护而减少的雷击损失,11,浪涌电压对设备损伤后果,部分或整体损坏干扰正常功能，无法完成正常使用效果设备加速老化，缩短寿命,12,雷击损坏图例,电路板及元器件损坏,13,防雷保护,雷击点传导设备,基本准则防雷器安装在雷击发生点到被保护设备之间,14,实现分级浪涌保护示意,CLASSI,CLASSII,被保护设备,外接线路,CLASSIII,15,二、主要防雷元件,气体防雷管（间隙放电器件）1000ns压敏电阻器(MOV)25ns瞬态二极管0.1ns过压保护器件0.1ns,16,气体放电管,气体放电管有两个电极，它们安置在一个充满惰性气体的管子内，彼此相距很近。在断路状态下，电阻很大，寄生电容很小；当高电压（90，150，230，260和350V是典型的气体管电压）加到两极时，管中的气体发生电离，电路导通，导通电阻很小，可承受很大的冲击电流，但导通速度较慢（us级），可靠性差，每次冲击都会退化，承受几百次的冲击后，就会失效。,TVS二极管,TVS二极管是特别设计用来提供过压保护的二极管。它在反向应用条件下，当承受瞬变电压超过其击穿电压时，其工作导通电阻很小，允许大电流通过，并将电压箝位到预定水平，从而起到保护作用。TVS二极管的最大优点是箝位系数小，体积小、响应速度快、每次经受瞬变电压和浪涌后其性能不会退化，可靠性高等。其缺点是寄生电容大，耐电流量小。,19,半导体过电压保护器件,采用了先进的离子注入技术，开启电压的一致性好，明显优于气体放电管和压敏电阻采用了SCR结构，浪涌电流的吸收能力强，明显优于瞬态抑制二极管(TVS)纳秒（10E-9）级的响应速度无极性、双向保护、可靠性高、寿命长,三、过压保护器件工作原理,21,基本结构与电特性,22,工作原理,反向工作状态（K端接正、A端接负）正向工作状态（A端接正、K端接负）1、阻断区；2、雪崩区；3、负阻区；4、低阻通态区。,23,阻断区,此时器件两端所加电压低于击穿电压，J1正偏，J2为反偏，电流很小，起了阻挡电流的作用，外加电压几乎都加在了J2上。,24,雪崩区,当外加电压上升接近J2结的雪崩击穿电压时，反偏J2结空间电荷区宽度扩展的同时，结区内电场大大增强，从而引起倍增效应加强。于是，通过J2结的电流突然增大，并使流过器件的电流也增大，这就是电压增加，电流急剧增加的雪崩区。,过电压保护器件的反向偏置示意图,26,负阻区,当外加电压增加到大于VBO时，由于雪崩倍增效应而产生了大量的电子空穴对，此时这些载流子在强场的作用下，电子进入n2区，空穴进入p1区，由于不能很快复合而分别堆积起来，使J2空间电荷区变窄。由此使p1区电位升高、n2区电位下降，起了抵消外电压的作用。随着J2结区电场的减弱，降落在J2结上的外电压将下降，雪崩效应也随之减弱。另一方面，J1、J3结的正向电压却有所增加，注入增强，造成通过J2结的电流增大，于是出现了电流增加电压减小的负阻现象。,27,低阻通态区,如上所述，雪崩效应使J2结两侧形成空穴和电子的积累，造成J2结反偏电压减小；同时又使J1、J3结注入增强，电流增大，因而J2结两侧继续有电荷积累，结电压不断下降。当电压下降到雪崩倍增完全停止，结电压全部被抵消后，J2结两侧仍有空穴和电子积累时，J2结变为正偏。此时，J1、J2和J3全部为正偏，器件可以通过大电流，因而处于低阻通态区。完全导通时，其伏安特性曲线与整流元件相似。,28,四、过压保护器件制作工艺及其质量保证,29,芯片制作工艺及其质量保证（略）,芯片封装工艺步骤,金属化,32,粘片,划片之后，将贴有圆片的绷膜环安装在粘片机上，光学扫描仪在大圆片上检测到好管芯后，将之从蓝膜上顶起，用吸嘴吸起送至支撑台上，使之通过粘接剂粘在引线框架上。,33,粘片,34,键合,过压保护器件所采用的键合方式为引线键合。引线键合是用热超声的方法，分别把引线键合到芯片和和引线框架的表面，即在芯片的每个I/O端和与其相对应的封装引脚之间键合上一根或多根金属细丝。,35,36,塑封,在芯片被粘接到框架上之后，将框架送入多个型腔的包封模，通过递模成型工艺用热固型塑料进行包封。,37,38,电镀,在电路的引脚上镀上所需的金属，其作用如下：保护金属框架不被腐蚀保证IC的可焊性,39,冲切成型,40,SOP8微型塑料封装,41,五、过电压保护器件分类,42,过电压保护器件性能,43,过电压保护器件参数,44,过电压保护器件封装形式,45,过电压保护器件封装形式,46,47,过电压保护器件分类,六、过压保护器件选型,49,过电压保护器件的选择,截止电压的选择转折电压的选择维持电流的选择寄生电容的选择峰值电流的选择,50,截止电压的选择,必须大于被保护的电路的最大工作电压如：对ISDN：最大直流电压：150V信号电压：3V截止电压V153V,双向过压保护器件I-V曲线,52,转折电压的选择,必须小于设备能承受的最大瞬态峰值电压,维持电流的选择,必须大于设备的工作电流和短路电流。,53,根据电路所允许的插入损耗确定,寄生电容的选择,峰值电流的选择,根据电路形式确定,54,七、过压保护器件产品简介,55,56,注：1、*为正在研发的产品2、A表示冲击电流50A(10/560us),B表示冲击电流100A(10/560us),C表示冲击电流100A(10/1000us)。,57,58,注：1、*为正在研发的产品2、A表示冲击电流50A(10/560us),B表示冲击电流100A(10/560us),C表示冲击电流100A(10/1000us)。,59,1、两端非对称瞬态过压保护器件（LT58S、LT1072）专用于SLIC,60,器件外形图,伏安特性曲线图,61,器件的等效功能符号,62,LT58S参数表,63,LT1072参数表,64,2、两端对称瞬态过压保护器件（LT200S、LT3072）,65,LT200S、LT3072,任意两脚伏安特性曲线,器件外形图,66,器件的等效功能符号,67,LT200S参数表,68,LT3072参数表,69,3、双向对称瞬态过压保护器件（LT75-8、P3100、P2600、P2300、P1500等）,70,器件外形图,71,72,伏安特性曲线,73,LT75-8参数表,用于数据线的保护,74,P1500参数表,75,P3100A参数表,76,P3100B参数表,77,P3100C参数表,78,P2600参数表,79,P2300参数表,80,4、三端对称瞬态过压保护器件（LT3021、LT3010、LT7072、LT7150、LT7260、LT1553、LT200G）,81,器件外形图,82,器件外形图,83,84,T、R、G任意两脚间的伏安特性曲线,85,LT3021参数表,86,LT3010参数表,87,LT7072参数表,88,LT7150参数表,89,LT7260参数表,90,LT1553参数表,91,LT200G参数表,92,5、可编程瞬态过压保护器件（LT1511D）,93,器件外形图,伏安特性曲线,94,器件的等效功能符号,95,LT1511D参数表1、线地间二极管相关参数,96,2、保护晶闸管相关参数,97,3、保护晶闸管和二级管间相关参数,98,6、过流、过压保护器件LT200M,99,LT200M参数表,100,八、过电压保护器的应用,101,过压保护器件广泛用于：,XDSL（ADSL、VDSL、IDSL）传输设备T1/E1接口电话机、传真机电子仪器仪表程控交换机及其配线架数据线ISDNCATV、用户电路以及其他设备中,1、客户前端设备(CPE),（a）变压器与Tip和Ring连接界面,103,（b）调制解调器界面,104,（c）CPE晶体管网络界面(一),105,（d）CPE晶体管网络界面(二),106,（e）双线CPE界面,107,2、数字传输设备ADSL/CDSL电路保护,(a)ADSL电路图,108,(b)ADSL保护电路,109,HDSL电路保护,(a)HDSL电路图,110,(b)HDSL保护电路,111,XDSL电路保护,112,ISDN电路保护,(a)ISDN电路图,113,(b)ISDN保护电路(一),114,(c)ISDN保护电路(二),115,(a)双增益电路图,双增益电路保护,116,(b)双增益中央办公室终端(COT)保护电路,117,(c)双增益远区终端(RT)保护电路,118,T-1/E-1电路保护,(a)T-1/E-1电路图,119,(b)T-1/E-1保护电路(一),1