半导体放电管

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1、微电子学与计算机2002年第3期半导体放电管SemicondoctorArresterTN3a西安微电子技术研究所黄，刘建朝(710054)摘要:分析了造成电压瞬变和浪涌的原因，介绍了相应的防护办法，叙述了新型过压保护器件一半导体放电管的结构、特点、应用以及与其它传统的保护器件(TVs二极管、半导体放电管)的区别关扭词:半导体放电管保护器件l引言3传统的保护器件在通讯设备等整机系统中经常会遇到意外的3.1气体放电管电压瞬变和浪涌电流，因此，预防雷电，保护整机系气体放电管的两个电极(彼此相距很近)之间统使之免遭瞬时浪涌电压、电流引起

2、的损坏，采用充有气体，当高电压(90,150,230,260和350V是典可靠、稳定的保护系统是必不可少的。以往用于系型的气体管电压)加到两极时，管中的气体发生电统保护的抗电涌器件为气体放电管和TVs二极管，离，电路导通。在断路状态下，管子的电阻很大;导其缺点是响应时间慢、瞬态电流小。半导体放电管通时，电阻很小。气体放电管可承受很大的冲击电(固体放电管)是一种新颖的瞬态过压保护器件，被流，但导通速度相对来说较慢，气体放电管在承受广泛应用于通讯接口电路、程控交换机的用户线卡几百次的冲击后，性能退化，直到不起作用接口、CATV接口、传

3、真机和电话机的输入保护，防3.2TVS二极管止设备中的集成电路受到雷电和高压市电的冲击利用硅pn结正向压降和反向雪崩击穿的特而损坏。其有精确导通、无限重复和快速响应的优性而制成。在规定的反向应用条件下，当承受瞬变越性能，是其它瞬间过压保护器件(如TVs二极管电压和浪涌时，其工作阻抗立即降至很低的导通和气体放电管)所远不及的，是通讯设备防雷击抗值，允许大电流通过，并将电压箱位到预定水平，从浪涌的首选器件。而有效地保护电子线路中的元器件，防止其被烧毁或损坏。TVs二极管的最大优点是体积小，响应快，2造成整机系统损坏的原因及防护籍位系数

4、(流过的电流为最大时的端电压与流过的对电压瞬变和浪涌的防护成为提高整机系统电流为最小时的端电压之比)越小，防护瞬变电压可靠性的一个重要手段。造成电压瞬变和浪涌的原和浪涌的效果越好，性能相对稳定。其缺点是电容因一般有四种:量大，耐电流容量小。(1)家电等整机接人电网或断开电网时出现持续时间很短的电压脉冲，它属于电感性电压瞬变。4半导体放电管电网补偿网络分断/闭和时会出现的电容性电压瞬这是一种新型的瞬态过压抑制保护器件，它比变;气体放电管和TVs二极管更可靠，广泛用于各种通(2)静电放电。人体接触和塑料振动摩擦都会产讯设备中。生大量的

5、静电;4.1国内外发展形势(3)雷电。雷电是通过电缆线间接感应，从而使国外的半导体放电管已经发展到较高的水平，整机受到损坏。云层内放电和云层间放电比直接雷种类繁多，己达到产业化。下表列出了SGS-击高20倍，放电时产生的电场是垂直辐射到地面，Thomson,PowerInnovations两家公司(半导体放电管范围很宽，地面如同电容器的极板，脉冲电流通过的主要生产厂家)的产品性能的比较见表l电容报合到地下电缆，再传到整机的1/0端。表1性能比较为了提高整机系统的可靠性，必须对整机系统I___直流击穿且况击芽维持电极间电中的电压瞬变

6、和浪涌的进行防护，使电压瞬变和浪生产厂家电压(V)电流(.A)流(mA)1容(pF)涌通过保护器件旁路到大地，确保整机不受电压和SGS-Thomsom<290100一80030-150<200电流瞬变的影响。PowerInnovations<380100一80030-150<200收稿日期:2001一09一II万方数据2002年第3期微电子学与计算机4.2基本结构和工作原理4)低阻通态区:如上所述，雪崩效应使Jz结两半导体放电管是基于pnpn结构和原理的一种侧形成空穴和电子的积累，造成J，结反偏电压减双端负阻器件，基本结构与特性曲

7、线如图1所示。小;同时又使Ji.J3结注人增强，电流增大，因而JZ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，JzN]结两侧仍有空穴和电子积累时，J=结变为正偏。此叭时，J,J:和J3全部为正偏，器件可以通过大电流，因N2而处于低阻通态区。完全导通时。其伏安特性曲线P,与整流元件相似。半导体放电管以其起动快、寿命长、参数一致性好、通态压降低、对称性好的特点而被看好。它与(a)基本结构气体放电管和TVS二极管的性能对比见表2,图1半导体放电管的基本结构和特性曲线表2半导体放电管与其它瞬间过

8、压保护器件性能比较若A为负电压，K为正电压，则JI(PIN1)结,J3器件类别半导体放电管气体放电管TvS二极管(P2N2)结反偏，J2(PIN2)结正偏，由于重掺杂的11保护方式负阻负阻籍位结击穿电压很低，13结承受几乎全部外电压。器件月明太ml