过压保护器件(课堂PPT).ppt

1过电压保护器件过电压保护器件知识简介知识简介2过电压保护器件过电压保护器件l1、浪涌电压的来源、浪涌电压的来源l2、主要防雷元件简介、主要防雷元件简介l3、过电压保护器件过电压保护器件过电压保护器件过电压保护器件工作原理工作原理l4、过电压保护器件过电压保护器件过电压保护器件过电压保护器件工艺及其质量保证工艺及其质量保证l5 5、过电压保护器件过电压保护器件过电压保护器件过电压保护器件分类分类l l6 6 6 6、过电压保护器件、过电压保护器件、过电压保护器件、过电压保护器件选型选型l l7 7 7 7、过电压保护器件、过电压保护器件、过电压保护器件、过电压保护器件简介简介l l8 8 8 8、过电压保护器件的应用、过电压保护器件的应用、过电压保护器件的应用、过电压保护器件的应用3一、浪涌电压的来源l1、雷击、闪电l2、工业过电压l3、静电感应（ESD）l4、核磁辐射4雷击损坏设备的渠道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浪浪 涌涌 电电 压压维持时间很短在微秒级浪涌电压幅值很高时间电压6雷电流对比图雷电流对比图雷电流对比图雷电流对比图7工业过电压工业过电压l瞬间过电压瞬间过电压电气短路、开路(circuit breaker,fuse.)开关电闸(switching circuits.)感性容性负载通断l临时过电压临时过电压相线错误、地线错误(IT network.)零线开路8静电感应静电感应Electro-Static DischargeElectro-Static Dischargel人体的电容量大约为100至300pFl在地毯上行走大约会产生25-40kV的高压l在接触时约会产生5到15kV/25ns的放电l对极为敏感的集成电路产生干扰或破坏9核电磁脉冲核电磁脉冲核电磁脉冲核电磁脉冲核辐射核辐射电场电场磁场磁场以上能量的瞬变带来的浪涌脉冲以上能量的瞬变带来的浪涌脉冲以上能量的瞬变带来的浪涌脉冲EM field 50 kV/m Rise Time:10 ns10统计数据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%雷击雷击13%电器故障6%其它故障13%本数据未包本数据未包含因实施防含因实施防雷保护而减雷保护而减少的雷击损少的雷击损失失11浪涌电压对设备损伤后果浪涌电压对设备损伤后果l部分或整体损坏部分或整体损坏l干扰正常功能，无法完成正常使干扰正常功能，无法完成正常使用效果用效果l设备加速老化，缩短寿命设备加速老化，缩短寿命 12雷击损坏图例雷击损坏图例电路板及元电路板及元器件损坏器件损坏13防防 雷雷 保保 护护雷击点雷击点 传传 导导 设设 备备基基 本本 准准 则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实现分级浪涌保护示意CLASSICLASSII被保护设备外接线路CLASSIII15二、主要防雷元件二、主要防雷元件l气体防雷管（间隙放电器件）气体防雷管（间隙放电器件）1000nsl压敏电阻器压敏电阻器(MOV)25nsl瞬态二极管瞬态二极管 0.1nsl过压保护器件过压保护器件 0.1ns16器件类别半导体放电管气体放电管TVS二极管保护方式负阻负阻箝位原理固态四层可控硅结构气体电离导电雪崩二极管响应时间1s1ns电容50pF1pF50pF最大瞬间电流（8/20s）3000A20000A50A最大漏电流1A1pA20A重复使用可靠性无限重复使用可能蜕化可能损坏主要优点精确导通，无限重复，快速响应瞬间电流最大低电压使用，价廉主要缺点瞬间电流较小响应时间缓慢瞬间电流最小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，寄生电容寄生电容很小很小；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。17TVS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箝位位系系数数小小，体体积积小小、响响应应速速度度快快、每次经受瞬变电压和浪涌后其性能不会退化，可可靠靠性性高高等等。其缺点是寄寄生生电电容容大大，耐电流量小。耐电流量小。1819半导体过电压保护器件l采用了先进的离子注入技术，开启电压的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一致性好，明显优于气体放电管和压敏电阻阻l采用了采用了SCR结构，浪涌电流的吸收能力强，结构，浪涌电流的吸收能力强，明显优于瞬态抑制二极管明显优于瞬态抑制二极管(TVS)l纳秒（纳秒（10E-9）级的响应速度）级的响应速度l无极性、双向保护、可靠性高、寿命长无极性、双向保护、可靠性高、寿命长三、过压保护器件 工作原理2021基本结构与电特性22工作原理l反向工作状态（K端接正、A端接负）l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2526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。28l四、过压保护器件 制作工艺及其质量 保证29l芯片制作工艺及其质量保证（略）芯片封装工艺步骤30金属化3132粘 片l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l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。3536塑 封l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。3738电 镀l在电路的引脚上镀上所需的金属，其作用如下：l保护金属框架不被腐蚀l保证IC的可焊性39冲切成型40l lSOP8SOP8微型塑料封装微型塑料封装41l五、过电压保护器件五、过电压保护器件分类分类42l l过电压保护器件性能过电压保护器件性能43l l过电压保护器件参数过电压保护器件参数44l l过电压保护器件封装形式过电压保护器件封装形式45l l过电压保护器件封装形式过电压保护器件封装形式4647l l过电压保护器件分类过电压保护器件分类六、过压保护器件六、过压保护器件 选型选型4849过电压保护器件的选择l截止电压的选择l转折电压的选择l维持电流的选择l寄生电容的选择l峰值电流的选择50截止电压的选择l必须大于被保护的电路的最大工作电压l如：对ISDN：l最大直流电压：150Vl信号电压：3Vl截止电压V153V双向过压保护器件I-V曲线5152转折电压的选择l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54l七、过压保护器件七、过压保护器件产品简介产品简介55可供产品型号可供产品型号可直接替代产品型号可直接替代产品型号ST产品产品PI产品产品TECCOR产品产品P系系列列P3500P3500A(E/S)P3500A(E/S)P3500B(E/S)P3500B(E/S)P3500C(E/S)P3500C(E/S)P3100P3100A(E/S)SMP50-270(S)TISP4389F3(SL)P3100A(E/S)P3100B(E/S)SMP80-270(S)P3100B(E/S)P3100C(E/S)SMP100LC-270(S)P3100C(E/S)P2600P2600A(E/S)SMP50-220(S)TISP4290F3(SL)P2600A(E/S)P2600B(E/S)SMP80-220(S)P2600B(E/S)P2600C(E/S)P2600C(E/S)P2400P2400A(E/S)SMP50-240(S)P2400B(E/S)SMP80-240(S)P2400C(E/S)SMP100LC-230(S)P2300P2300A(E/S)SMP50-200(S)TISP4260F3(SL)P2300A(E/S)P2300B(E/S)SMP80-200(S)P2300B(E/S)P2300C(E/S)SMP100LC-200(S)P2300C(E/S)P2000P2000A(E/S)P2000A(E/S)P2000B(E/S)P2000B(E/S)P2000C(E/S)P2000C(E/S)P1800P1800A(E/S)*P1800A(E/S)P1800B(E/S)*P1800B(E/S)P1800C(E/S)SMP100LC-160(S)P1800C(E/S)P1500P1500A(E/S)SMP50-140(S)TISP4180F3(SL)P1500A(E/S)P1500B(E/S)*P1500B(E/S)P1500C(E/S)*SMP100LC-140(S)P1500C(E/S)56可供产品型号可供产品型号可直接替代产品型号可直接替代产品型号ST产品产品PI产品产品TECCOR产品产品P系系列列P1300*P1300A(E/S)SMP50-120(S)TISP4150F3(SL)P1300A(E/S)P1300B(E/S)P1300B(E/S)P1300C(E/S)SMP100LC-120(S)P1300C(E/S)P1100*P1100A(E/S)SMP50-100(S)TISP4125F3(SL)P1100A(E/S)P1100B(E/S)P1100B(E/S)P1100C(E/S)SMP100LC-90(S)P1100C(E/S)P0800P0800A(E/S)*SMP50-68(S)P0800A(E/S)P0800B(E/S)P0800B(E/S)P0800C(E/S)*P0800C(E/S)P0720P0720A(E/S)SMP50-62(S)TISP4082F3(SL)P0720A(E/S)P0720B(E/S)P0720B(E/S)P0720C(E/S)SMP100LC-65(S)P0720C(E/S)P0640P0640A(E/S)TISP4072F3(SL)P0640A(E/S)P0640B(E/S)P0640B(E/S)P0640C(E/S)P0640C(E/S)P0300*P0300A(E/S)P0300A(E/S)P0300B(E/S)P0300B(E/S)P0300C(E/S)SMP100LC-25(S)P0300C(E/S)P0080P0080A(E/S)*P0080A(E/S)P0080B(E/S)SMP75-8P0080B(E/S)P0080C(E/S)SMP100LC-8(S)P0080C(E/S)注：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可供产品型号可供产品型号可直接替代产品型号可直接替代产品型号ST产品产品PI产品产品TECCOR产品产品LT系系列列LT0602*LT0602AP0602ALT0602BP0602BLT0602CP0602CLT3072LT3072ATISP3072F3P1402ALT3072B*P1402BLT3072C*P1402CLT1602*LT1602ATISP3082F3P1602ALT1602BP1602BLT1602CP1602CLT2202*LT2202ATISP3125F3P2202ALT2202BP2202BLT2202CP2202CLT3002LT3002ATISP3180F3P3002ALT3002B*P3002BLT3002C*P3002CLT200SLT200SATISP3260F3P4202ALT200SBTHBT200SP4202BLT200SCP4202CLT4802LT4802ATISP3290F3P4802ALT4802BP4802BLT4802CP4802CLT6002LT6002ATISP3380F3P6002ALT6002BP6002BLT6002CP6002C58可供产品型号可供产品型号可直接替代产品型号可直接替代产品型号ST产品产品PI产品产品TECCOR产品产品LT系系列列LT1553LT1553ATISP7180F3P1553ALT1553BP1553BLT1553CP1553CLT2103*LT2103ATISP7240F3P2103ALT2103BP2103BLT2103CP2103CLT2353LT2353A*TISP7260F3P2353ALT2353B*P2353BLT2353CTLP200GP2353CLT2703*LT2703ATISP7290F3P2703ALT2703BP2703BLT2703CP2703CLT3203*LT3203ATISP7380F3P3203ALT3203BP3203BLT3203CP3203CLT3010LT3010ALT3021LT3021ATPN3021LT0641LT0641A*TISP1072F3P0641ALT0641CTHDT58SP0641CLT0721LT0721CP0721CLT1101LT1101CP1101CLT200MLT200MCLP200M注：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)。591、两端非对称瞬态过、两端非对称瞬态过压保护器件压保护器件 l（LT58S、LT1072）l专用于专用于SLICSLIC60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IRMVRMVBRIRVBOIBOIHIPPCmaxminmaxminmaxmin10/1000smaxAVVmAVmAmAApF1056581801508001507520063LT1072参数表IRMVRMVBRIRVBOIBOIHIPPCmaxminmaxmin maxmin10/1000smaxAVVmAVmAmAApF10565817215080015035100642 2、两端对称瞬态过压、两端对称瞬态过压保护器保护器 件件（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67LT200S参数表IRMVRMVBRIRVBOIBOIHIPPCmaxminmaxminmaxmin10/1000smaxAVVmAVmAmAApF1018020012601508001507515068LT3072参数表IRMVRMVBOIDIBOIHIPPCmaxmaxmaxmin maxmin10/1000sminmaxAVVAmAmAApF105872101506001503560100693 3、双向对称瞬态过压、双向对称瞬态过压 保护器件保护器件（LT75-8、P3100P3100、P2600、P2300、P1500等等）70器件外形图7172伏安特性曲线73LT75-8参数表IRMVRMVRIRVBOIBOIHIPPCmaxmaxmaxmaxmin10/1000stypAVVAVmAmAApF2685015800507575用于数据线的保护74IRMVRMVTVBOIBOIHIPPCmaxmaxmaxmaxmin10/1000stypAVVVmAmAApF514041808005010080P1500参数表75IRMVRMVTVBOIBOIHIPPCmaxmaxmaxmaxmin10/560stypAVVVmAmAApF1027553508001505040P3100A参数表76IRMVRMVTVBOIBOIHIPPCmaxmaxmaxmaxmin10/560stypAVVVmAmAApF10275535080015010060P3100B参数表77P3100C参数表IRMVRMVTVBOIBOIHIPPCmaxmaxmaxmaxmin10/1000stypAVVVmAmAApF1027553508001501007578P2600参数表IRMVRMVTVBOIBOIHIPPCmaxmaxmaxmaxmin10/560stypAVVVmAmAApF522052908001501506079P2300参数表IRMVRMVTVBOIBOIHIPPCmaxmaxmaxmaxmin10/560stypAVVVmAmAApF1019052658001505030804 4、三端对称瞬态过压保、三端对称瞬态过压保护器护器 件件（LT3021、LT3010、LT7072、LT7150、LT7260、LT1553、LT200G）81 SO-8 SIP3器件外形图82器件外形图8384T、R、G任意两脚间的伏安特性曲线85LT3021参数表IRMVRMVBOIBOIHIPPCmaxmaxmaxmin10/1000stypAVVmAmAApF4283830030302586LT3010参数表IRMVRMVRIRVBOIBOIHIPPCmaxmaxmaxmaxmin10/1000smaxAVVAVmAmAApF268501580050302587LT7072参数表IRMVBRVBOIBOIHIPPCmaxmaxmaxmin10/1000stypmaxAVVmAmAApF10587280015040405688LT7150参数表IRMVBRVBOIBOIHIPPCmaxmaxmaxmin10/1000stypmaxAVVmAmAApF1012015080015045355089LT7260参数表IRMVBRVBOIBOIHIPPCmaxmaxmaxmin10/1000stypmaxAVVmAmAApF1020026080015045355090LT1553参数表IRMVBRVBOIBOIHIPPCmaxmaxmaxmin10/1000stypAVVmAmAApF10130180800150454091LT200G参数表IRMVBRIRVRVBOIBOIHIPPmaxminmaxmaxmin10/1000sAVmAVVmAmAA101801200290500150100925 5、可编程瞬态、可编程瞬态过压保护器件过压保护器件（LT1511D）93器件外形图伏安特性曲线94器件的等效功能符号95LT1511D参数表1 1、线地间二极管相关参数线地间二极管相关参数线地间二极管相关参数线地间二极管相关参数符号测试条件最大值单位VFIF=5A，tP=500s3VVFP1.0/700s，1.5kV，RP=105V962 2、保护晶闸管相关参数、保护晶闸管相关参数、保护晶闸管相关参数、保护晶闸管相关参数符号测试条件最小值 最大值 单位IGTVGND/LINE=-48V0.25mAIHVGATE=-48V150mAVGTVGND/LINE=-48V2.5VIRGTC=25，VRG=-75V5ATC=70，VRG=-75V50VDGLVGATE=-48V（1.0/700s1.5kV)RP=1010V973、保护晶闸管和二级管间相关参数、保护晶闸管和二级管间相关参数符号测试条件最大值单位IRMTC=25，VGND/LINE=-1V,VRM=-75V5ATC=70，VGND/LINE=-1V,VRM=-75V50ACVR=-3V，F=1MHz100pFVR=-3V，F=1MHz50pF986、过流、过压保护器件LT200M99LT200M参数表IRMVBRIRVRVBOIBOIHIPPmaxminmaxmaxmin10/1000sAVmAVVmAmAA102001215290800150100100八、过电压保护器八、过电压保护器的应用的应用101过压保护器件广泛用于：lXDSL（ADSL、VDSL、IDSL）传输设备）传输设备lT1/E1接口接口l电话机、传真机电话机、传真机l电子仪器仪表电子仪器仪表l程控交换机及其配线架程控交换机及其配线架l数据线数据线lISDNlCATV、用户电路以及其他设备中、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102103（b）调制解调器界面104（c）CPE 晶体管网络界面(一)105（d）CPECPE晶体管网络界面(二)106（e）双线CPE界面1072、数字传输设备 ADSL/CDSL电路保护(a)ADSL 电路图108(b)ADSL 保护电路109HDSL电路保护(a)HDSL 电路图110(b)HDSL 保护电路111XDSL电路保护112ISDN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118T-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)120(c)T-1/E-1保护电路(二)121(d)T-1/E-1保护电路(三)122(e)T-1/E-1保护电路(四)1233、SLIC保护1241251261271281291304、有线电视设备保护(a)CATV放大器保护电路131(b)CATV 站保护电路1325、初级保护(a)不对称初级保护133(b)对称初级保护1346、二级保护1357、数据线保护谢谢光临4年2月136