半导体放电管工作原理及选型应用

半导体放电管工作原理及选型应用

Socay（Sylvia）

1、产品简述

半导体过压保护器是根据可控硅原理采用离子注入技术生产的一种新型保护器件，具有精确导通、快速响应（响应时间ns级）、浪涌吸收能力较强、双向对称、可靠性高等特点。由于其浪涌通流能力较同尺寸的TVS管强，可在无源电路中代替TVS管使用。但它的导通特性接近于短路，不能直接用于有源电路中，在这样的电路中使用时必须加限流元件，使其续流小于最小维持电流。半导体过压保护器有贴装式、直插式和轴向引线式三种封装形式。

2、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：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。

④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。

3、特性曲线

4、主要特性参数

①断态电压VRM与漏电流IRM：断态电压VRM表示半导体过压保护器不导通的最高电压，在这个电压下只有很小的漏电流IRM。

②击穿电压VBR：通过规定的测试电流IR（一般为1mA）时的电压，这是表示半导体过压保护器开始导通的标志电压。

③转折电压VBO与转折电流IBO：当电压升高达到转折电压VBO（对应的电流为转折电流IBO）时，半导体过压保护器完全导通，呈现很小的阻抗，两端电压VT立即下降到一个很低的数值（一般为5V左右）。

④峰值脉冲电流IPP：半导体过压保护器能承受的最大脉冲电流。

⑤维持电流IH：半导体过压保护器继续保持导通状态的最小电流。一旦流过它的电流小于维持电流IH，它就恢复到截止状态。

⑥静态电容C：半导体过压保护器在静态时的电容值。

5、命名规则

6、封装及分类

半导体过压保护器有贴装式、直插式和轴向引线式三种封装形式。

7、产品特点

优点：

①击穿（导通）前相当于开路，电阻很大，没有漏电流或漏电流很小；

②击穿（导通）后相当于短路，可通过很大的电流，压降很小；

③具有双向对称特性。

④响应速度都很快，ns级。

⑤击穿电压一致性好。

缺点：

①通流量较小，只有几百A。

②击穿电压只有若干特定值。

③电容较大，有几十至几百pF。

8、选型及应用

使用指导：

参照瞬态抑制二极管（TVS管）。与TVS管不同的是它导通后电压很低，要特别注意防止过大的续流损坏电路元件，包括半导体过压保护器本身，因此所用的限流电阻应选得更大些。

（a）变压器与Tip和Ring连接界面

（b）CDSL保护电路