半导体放电管(固体放电管)的工作原理
通过从阻塞状态(静止)切换到具有低压降(速度瞬态过载)的导通状态,半导体放电管可以保护电路不受高过载电流的影响,并确保电路终端无任何过压风险。半导体放电管可防止过电压或电涌损坏电源。如果瞬态电压抑制器(TVS)不足以确保符合ITU-T K系列、GR-1089和TIA-968-A要求中定义的高浪涌标准,那么建议在保护拓扑中使用半导体放电管产品。半导体放电管产品旨在保护新型高压数字线路卡和传统的用户线路接口卡(SLIC)不受瞬态过电压的影响,具有非常低的栅极触发电流(IGT),以减少点火阶段印刷电路板上的电流消耗。
半导体放电管(固体放电管)的特性曲线
半导体放电管的工作状态
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: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。
2、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。
3、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。
另外,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。
4、低阻通态区: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。
半导体放电管(固体放电管)的优点
与正常工作的TVS二极管产品一样,半导体放电管对于应用是透明的,但是在浪涌期间能够起到短路作用。与传统气体放电管(GDT)浪涌放电器相比,半导体放电管具有许多优点,包括长期稳定性(无老化现象),以及启动时无寄生振荡或振铃声。
半导体放电管(固体放电管)的典型应用领域
半导体放电管尤其适用于电信网络应用(如xDSL、T1/E1、以太网、EPON和GPON应用),以及线路卡和基础设施(住宅装置)中电话设备中的语音频带保护。
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Semiware 拥有过电压保护器件系列产品的完善产品阵容。公司凭借其在半导体领域的技术和终端产品的应用背景,为电子、汽车和工业市场上的客户提供服务。如果您有技术问题,请按以下方式联系技术支持团队:邮箱:fae01@semiware.com; 电话:86-21-3463-7654; 免费技术支持热线:400-021-5756 ;如需了解更多信息,请访问semiware 官方网站:https://semiware.com
特性:
> 采用标准表面贴装式SMB封装
> 10/1000μs波形时的峰值浪涌能力达到100A
> 10/700μs波形时的峰值浪涌能力达到6KV
> 响应速度快,达到uS级
> 漏电流小
> 极间电容低
> 不含卤素且符合RoHS及Reach测试标准
应用:
> audio/video line
> network and telecom
> data lines and security systems
> serial ports
供货情况:
p0720sc系列产品采用smb标准封装,每盘3,000个。 现提供样品;您可向全球各地的semiware 的授权经销商索取样品。 如需了解semiware 授权销商名单,https://semiware.com/message
产品参数表:
产品尺寸图:
产品线信息:
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> 采用标准表面贴装式smb封装
> 10/1000μs波形时的峰值浪涌能力达到100a
> 10/700μs波形时的峰值浪涌能力达到6kv
> 响应速度快,达到us级
> 漏电流小
> 极间电容低
> 不含卤素且符合rohs及reach测试标准
应用:
> audio/video line
> network and telecom
> data lines and security systems
> serial ports
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> 10/1000μs波形时的峰值浪涌能力达到100A
> 10/700μs波形时的峰值浪涌能力达到6KV
> 响应速度快,达到uS级
> 漏电流小
> 极间电容低
> 不含卤素且符合RoHS及Reach测试标准
应用:
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> network and telecom
> data lines and security systems
> serial ports
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PLED开路保护器的优势
1、Semiware提供多种表面贴装外形,其中小型化的SOD-123FL或者SMAF封装外形属于同类型器件中高度最低(1.1毫米)之列,是对布局灵活性要求较高的密集型电路板的理想选择。
2、针对LED开路的电子分路/旁路可以使整个LED灯串或阵列在单个LED发生开路故障时能继续工作。
3、LED自我恢复或被替换后,LED保护器产品可自动复位,从而降低维护成本并提高可靠性。
PLED开路保护器的典型参数特性
> 快速切换开关
> 当故障LED被替换后可自动复位
> 采用标准表面贴装式SOD-123FL/SMAF/SMA/SMB封装
> 适用于工业照明环境
> IEC-61000-4-2 ESD 30kV(Air), 30kV(接触放电)。
> ESD数据线路保护符合IEC 61000-4-2 (IEC 801-2)
> 符合RoHS标准且不含卤素
> MSL: 1级 – 无限
PLED产品线信息
https://semiware.com/products-line-list/Pled-Protectors
PLED主推产品型号
PLED06F,PLED09F,PLED13F,PLED06T,PLED09T,PLED13T,PLED06S,PLED09S,PLED13S
供货情况
PLED系列开路保护器产品提供编带包装,起订量PLEDXXF/S系列为3,000只,PLEDXXT/AF系列为5,000只。样品可向世界各地的Semiware授权经销商索取。 如需了解Semiware 授权销商名单,可访问 https://Semiware.com。
关于 Semiware
Semiware公司是一家电路保护解决方案的综合服务商,公司凭借其在半导体领域的技术和终端产品的应用背景,为电子、汽车和工业市场上的客户提供服务。我们拥有丰富的电路保护器件产品组合以满足客户需求,包括过压保护、过流保护、复合保护、分立器件以及先进的封装技术。我们通过全球各地的电磁兼容实验室以及FAE工程师,为客户提供完整的解决方案与产品组合,详细信息请参阅 www.semiware.com。
销售联络请洽:
T: +86-21-3463-7345
E: Sales11@semiware.com
技术支持联络请洽:
T: +86-21-3463-7654
E: Fae01@semiware.com
特性:
> 采用标准表面贴装式smb封装
> 10/1000μs波形时的峰值浪涌能力达到80a
> 10/700μs波形时的峰值浪涌能力达到4kv
> 响应速度快,达到us级
> 漏电流小
> 极间电容低
> 不含卤素且符合rohs及reach测试标准
应用:
> audio/video line
> network and telecom
> data lines and security systems
> serial ports
工业型号:
> P0640SB
供货情况:
stb80b58系列产品采用smb标准封装,每盘3,000个。 现提供样品;您可向全球各地的semiware 的授权经销商索取样品。 如需了解semiware 授权销商名单,https://semiware.com/message
产品参数表:
产品尺寸图:
产品线信息:
https://semiware.com/products/High-Stability-Thyristors/STB80B58.html
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安防系统的介绍
安防系统是以维护公共安全为目的,运用相关产品所构成的电子系统或者网络。主要由五种系统构成,一种是视频监控系统,第二是防盗报警系统,第三是门禁对讲系统,第四个是巡更系统,第五是消防广播系统,这五个子系统又有大量的电子电器设备组成,这些安防系统或者电器设备都处在浪涌多发的环境。
安防系统的浪涌防护策略
防雷就像防洪,我们可以通过疏浚河道、筑堤坝来进行防护,对于浪涌来说,同样可以通过疏导以及隔离两种方式进行防护。
(1)疏导—把所有的浪涌电流都通过良好的接地系统泄放到大地,不能直接接地的就通过防雷元器件以后再接地,不同的接地系统之间用等电位连接器连接起来。
(2)隔离—利用接地的金属网、金属管等把需要防护的目标物(例如微机房、电源线、信号线等)屏蔽起来,把不能承受高浪涌电压冲击的设备用限压元件隔离起来。
安防电子产品的浪涌防护案例
1、 数字硬盘录像机(DVR)
DVR和监控摄像机距离很远,没有防雷电路的话很容易把DVR的芯片烧坏。对于电子接口防雷的搭建,严格来说是运用了前面介绍的疏导和隔离。TSS保护管的话就是疏导,把浪涌疏导到大地。它主要是作用是将这个高压调配到可以承受的级别,把这个设备与元件隔离开来。针对于DVR来说,除了引视频输入接口,电源输入系统也很容易受到雷击影响,我们可以采用压敏电阻构成一个防护电路。针对于这个电路,一般来说要满足IEC6100-4-2,也就是6KV雷击要求。
>音视频输入端口:IEC61000-4-2 level 4;IEC61000-4-5 10/700uS,4KV (STA45B6.0)
>电源端口:IEC61000-4-5 1.2/50uS&8/20uS,6KV (14D561K + SG2R08B600)
>RJ45/USB2.0/VGA:IEC61000-4-2 level 4 (SE3D15B5.0MA、SESLVU2.8-4 、SESR05)
2、监控摄像机
监控摄像机POE供电技术浪涌防护。
>浪涌指标:1、IEC61000-4-5,10/700uS,4KV;IEC61000-4-5,组合波,4KV 2、IEC61000-4-2,level 4
>防护器件:TVS (SMAJ58A)、ESD保护器件(SE3D15B5.0MA)
>HD-SDI接口浪涌保护电路:满足IEC61000-4-2,level4测试要求;同时满足IEC61000-4-5,10/700uS,6KV测试要求。采用的保护器件:GDT(SG5042B070) 、ESD(SE3D15B5.0MA)保护器件
1)GDT陶瓷气体放电管:SG5042B070
SG5042系列气体放电管(GDT)旨在针对因雷击干扰引起的快速上升瞬态电压提供高水平保护。 采用方形表面安装式封装(5.0×5.0×4.2mm) 具备5kA浪涌性能以及 ≤1.0pF的断态电容值。
产品线链接:http://semiware.com/products/Signal-Gas-Tubes/SG5042B070.html
2)ESD静电抑制器:SE3D15B5.0MA
SE3D15B5.0MA系列静电抑制器产品,具有漏电流小,反应速度快(nS级),极间电容小,可靠性高等特性,被广泛应用于安防监控,网络通讯,汽车电子,白色家电,工业控制等领域的信号接口ESD静电防护。
典型特性
> 采用标准表面贴装式SOD-323封装
> 快速的响应时间
> 出色的箝位能力
> 漏电流小
> 不含卤素且符合RoHS及Reach测试标准
产品线链接:http://semiware.com/products/TVS-Diode-Arrays/SE3D15B5.0MA.html
3、门禁控制器
门禁控制器是整个门禁系统的核心,负责所有信息数据的输入、处理、存储、输出。门禁控制器使用标准的工业串口通信(RS485),通信距离可达1200 米,采用两级的防雷设计。
>浪涌指标:IEC61000-4-5,1.2/50uS,2ohm,6KV;ITU-T K.21,10/700uS,40ohm,6KV
4、门禁读卡器
门禁系统的浪涌防护主要是通过电源输入口和通信串口进行的。门禁读卡器电源输入主要是以一个截流为主。可以通过右上图来进行,并联一个压敏电阻或瞬态抑制二极管。而对于门禁读卡器的串口来说,建议采用下面这种结构来完成防护电路的搭建。主要起到电源限制作用,并联到线路里面,主要起到过压保护作用,对于门禁系统来说,开关电源是属于动力之源,开关电源的浪涌强弱直接影响门禁系统的安全性和稳定性。
5、开关电源
开关电源是安防系统的动力之源。开关电源浪涌抗扰性能的强弱直接影响着整个系统的稳定性和安全性。而浪涌性能的强弱是由其所搭建的防雷电路决定的,如下图所示。
>浪涌指标:IEC61000-4-5,1.2/50uS&8/20uS,6KV,2ohm
>保护器件:GDT:5~10KA,600V (SG2R05B600、SG2R08B600) MOV/TMOV:14D~20D,470~620V; (14D471K、14D561K、14D621K) TVS:600W~1500W.
1)GDT陶瓷气体放电管:SG2R05B600
SG2R05B600系列气体放电管(GDT)旨在针对因雷击干扰引起的快速上升瞬态电压提供高水平保护。 采用穿孔安装式封装(5.5×6.0mm) 具备5KA浪涌性能以及 ≤1.5pF的断态电容值。
产品线链接:http://semiware.com/products/Power-Gas-Tubes/SG2R05B600.html
2)GDT陶瓷气体放电管:SG2R08B600
SG2R08B600系列气体放电管(GDT)旨在针对因雷击干扰引起的快速上升瞬态电压提供高水平保护。 采用穿孔安装式封装(8.0×6.0mm) 具备5KA浪涌性能以及 ≤1.5pF的断态电容值。
产品线链接:http://semiware.com/products/Power-Gas-Tubes/SG2R08B600.html
6、网关
因为网关设置在建筑物以内,因此对于它的浪涌指标只要达到ITU-K.21,10/700μs、6KV就可以满足需求。对于这个测试,可以并联一个气体放电管来完成,这个放电管主要选择达到2KA、140V到200V的产品(SG4532B150 )。后级的精细保护采用瞬变电压抑制器阵列SE3D15B5.0MA。
>浪涌测试标准:ITU-T K.21,10/700uS,6KV;IEC61000-4-2 ESD 15KV Air,8KV contact compliance
>推荐保护器件:
1)GDT陶瓷气体放电管:SG4532B150
SG4532系列气体放电管(GDT)旨在针对因雷击干扰引起的快速上升瞬态电压提供高水平保护。 采用方形表面安装式封装(4.5×3.2×2.7mm) 具备2kA浪涌性能以及 ≤0.5pF的断态电容值。
产品线链接:http://semiware.com/products/Signal-Gas-Tubes/SG4532B150.html
2)TSS半导体放电管:P3500TA
P3500TA系列半导体放电管产品具有极间电容小,漏电流小,浪涌吸收能力强,稳定性强等产品特性。这款轴向引线器件非常适用于电话、应答机、调制解调器、传真机接口等客户端设备(CPE),还可用于有一定过流保护要求的T1/E1/J1中继卡等的过压保护装置。
> 采用标准表面贴装式DO-214AA封装
> 10/1000μs波形时的峰值浪涌能力达到45A
> 10/700μs波形时的峰值浪涌能力达到4KV
> 响应速度快,达到uS级
> 漏电流小
> 极间电容低
> 不含卤素且符合RoHS及Reach测试标准
产品线链接:https://semiware.com/products/General-Thyristors/P3500TA.html
3)ESD静电抑制器:SE3D15B5.0MA
SE3D15B5.0MA系列静电抑制器产品,具有漏电流小,反应速度快(nS级),极间电容小,可靠性高等特性,被广泛应用于安防监控,网络通讯,汽车电子,白色家电,工业控制等领域的信号接口ESD静电防护。
典型特性
> 采用标准表面贴装式SOD-323封装
> 快速的响应时间
> 出色的箝位能力
> 漏电流小
> 不含卤素且符合RoHS及Reach测试标准
产品线链接:http://semiware.com/products/TVS-Diode-Arrays/SE3D15B5.0MA.html
关于赛米微尔:
赛米微尔拥有过电压保护器件系列产品的完善产品阵容。公司凭借其在半导体领域的技术和终端产品的应用背景,为电子、汽车和工业市场上的客户提供服务。如果您有技术问题,请按以下方式联系技术支持团队:邮箱:fae03@semiware.com; 电话:86-21-3463-7654; 免费技术支持热线:400-021-5756 ;如需了解更多信息,请访问赛米微尔官方网站:http://www.semiware.com。
半导体放电管的选用方法
1、最大瞬间峰值电流IPP必须大于通讯设备标准的规定值。如FCC Part68A类型的IPP应大于100A;Bellcore 1089的IPP应大于25A。
2、转折电压VBO必须小于被保护电路所允许的最大瞬间峰值电压。
3、半导体放电管处于导通状态(导通)时,所损耗的功率P应小于其额定功率Pcm,Pcm=KVT*IPP,其中K由短路电流的波形决定。对于指数波,方波,正弦波,三角波K值分别为1.00,1.4,2.2,2.8。
4、反向击穿电压VBR必须大于被保护电路的最大工作电压。如在POTS应用中,最大振铃电压(150V)的峰值电压(150*1.41=212.2V)和直流偏压峰值(56.6V)之和为268.8V,所以应选择VBR大于268.8V的器件。又如在ISDN应用中,最大DC电压(150V)和最大信号电压(3V)之和为153V,所以应选择VBR大于153V的器件。
5、若要使半导体放电管通过大的浪涌电流后自复位,器件的维持电流IH必须大于系统所能能提供的电流值。即:IH(系统电压/源阻抗)。
半导体放电管的Spice模型
半导体放电管P0640SC的Spice模型,使用Cadence对该元件进行仿真.
图1 P0640SC参数
图2 P0640SC V-I曲线
Vs@100V/us(转折电压)为77V,Vdrm(峰值闭态电压)为58V,Vt(开启电压)为4V。
图3 P0640SC的仿真原理图
图4 仿真结果(红色为模拟的输入电压脉冲,蓝色为流过放电管的电流,绿色为负载电压)
上图可以看出,在100V/us的条件下,手册给出的切换电压Vs=77V,仿真结果为93V;手册给出的峰值闭态电压Vdrm=58V,仿真结果中,在58V之后,流过放电管的电流开始出现并逐渐增加;手册给出的开启电压Vt=4V,仿真结果为5.6V。
根据仿真结果,得出以下方法和结论:
1. 重点关注3个电压参数Vdrm、Vt和Vs,无需关注具体含义,将3个电压值从小到大排列,按照手册值,依次为:4V、58V和77V,只要加在放电管的电压大于3个电压值的最大值Vmax,它就开始工作,即将电压强制压低至3个电压值的最小值Vmin,那么58V的作用是什么?大于58V,电流开始出现(见上图的仿真结果)。
2. 线路正常工作电压必须小于3个电压值的最小值Vmin。否则,当Vmin=4V,即开启电压Vt=4V,若线路工作电压为5V,意味着被保护线路正常工作时,放电管会开启,这样是不允许的。
3. 对3个电压的理解为:当小于4V,放电管不发挥作用,对线路无影响;当大于4V且小于58V,放电管开启了,但是无电流;当大于58V,电流陡增;当大于77V,放电管发挥作用,将电压限制在4V。
产品相关信息
P0640SC产品线链接:https://semiware.com/products/General-Thyristors/P0640SC.html
特性
P0640SC系列半导体放电管产品具有极间电容小,漏电流小,浪涌吸收能力强,稳定性强等产品特性。这款轴向引线器件非常适用于电话、应答机、调制解调器、传真机接口等客户端设备(CPE),还可用于有一定过流保护要求的T1/E1/J1中继卡等的过压保护装置。
> 采用标准表面贴装式DO-214AA封装
> 10/1000μs波形时的峰值浪涌能力达到100A
> 10/700μs波形时的峰值浪涌能力达到6KV
> 响应速度快
> 漏电流小
> 极间电容低
> 不含卤素且符合RoHS及Reach测试标准
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SLIC接口应用电路
STP61089B产品特性
> 采用标准表面贴装式SOP-08封装
> 10/1000μs波形时的峰值浪涌能力达到40A
> 响应速度快,达到uS级
> 漏电流小
> 极间电容低
> 不含卤素且符合RoHS及Reach测试标准
工业型号
> TISP61089B
STP61089B产品典型参数表
STP61089B产品封装尺寸图
STP61089B产品线信息:
https://semiware.com/products/Programmable-Protectors/STP61089B.html
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