細說Semtech SurgeSwitch保護器件

隨著集成電路技術的發展，越來越多的功能集中到尺寸越來越小的芯片中。絕大部分產品接口必須滿足抗浪涌的國際標準，如IEC 61000-4-5浪涌保護。而在一些工業系統中有著更長的產品壽命和在更惡劣的環境下工作的需求，因此一個好的浪涌保護方案是非常必要的。

多年來，行業中浪涌保護的主要選擇是SMA/SMB離散TVS二極管。盡管TVS二極管功率大，成本低，但因其隨溫度變化電特性改變和鉗位效率不高等因素，可能會導致整體的售后或品牌的損失，從而進一步提升系統的成本。

為了克服這些缺點，同時保證系統的安全性和可靠性，Semtech公司設計使用了一種新型技術來實現浪涌的防護，即SurgeSwitch技術。這種技術最大的特點就是可以消除過電壓，提供精確的、平順的、與溫度無關的鉗位電壓，從而最大限度地保護系統。

今天我們就來為各位小伙伴介紹一下我們的SurgeSwitch產品，以及對比傳統TVS，它具有哪些優勢。

1 IEC 61000-4-5標準

我們絕大多數產品接口都需要滿足IEC的浪涌測試，

IEC 61000-4-5波形是一個組合波形，開路電壓波形為1.2X50us， 短路電流波形為8X20us。波形如下：

在對產品的一些接口按IEC 61000-4-5標準做Surge測試時，需要靠近接口使用TVS，通過吸收浪涌電流來鉗位過壓Surge波形，保護后面的IC。

2 傳統TVS的保護

從傳統TVS的IV曲線圖可以看出，傳統工藝的TVS含有一定值的內阻Rdyn。當浪涌加載測試接口，TVS會吸收Ipp浪涌電流，并對過壓進行鉗位，鉗位電壓值按上左圖計算：

Vclamp=VBR+Rdyn*IPP (VBR為TVS開啟電壓)

傳統TVS的VBR與Rdyn大小固定，Rdyn可高達歐姆級。當有浪涌電流Ipp流過TVS時，會產生比工作電壓Vrwm大的多的鉗位電壓。為了保護后級的IC，IC可以通過自身提高安全電壓，但這帶來的成本顯然是終端客戶無法接受的。我們也可以考慮盡量減小TVS的Rdyn值，但傳統TVS結面積與硅的特性限制了Rdyn值。即使結面積做的非常大，Rdyn也會有百毫歐的數量級。這樣一個大浪涌過來時，雖然會有大的Ipp流過TVS，但相應的鉗位電壓也是高的，并且結面積大的TVS也會有大的結電容、漏電流，封裝尺寸等問題。

3 Semtech SurgeSwitch技術

采用SurgeSwitch技術可以消除傳統TVS的這些弊端，SurgeSwitch技術下的鉗位電壓Vclamp=VBR，使得開發者設計保護電路時更容易。

特點：VBR=Vclamp，Rdyn趨近于0

4 SurgeSwitch與傳統TVS對比

? 浪涌鉗位波形

可以看出，在同等浪涌電流下的鉗位，SurgeSwitch的鉗位幅值以及鉗位過程相較于傳統的TVS，會更低且更平緩。

? 漏電流

SurgeSwitch相較于傳統TVS，漏電流更低。

? 功率隨溫度扭曲

傳統TVS規格書中的最大功率是常溫下測得的Ppk，但客戶產品在很多情況下卻應用在高溫環境下。高溫下的傳統TVS結溫會上升，散熱能力下降，鉗位電壓會大幅增加，進而功率Ppk會大幅減小。而SurgeSwitch使用的是閉環設計，隨著環境溫度變化，鉗位電壓變化很小，峰值功率衰減很小。

? 可靠性

SurgeSwitch相較于傳統TVS，更具可靠性，在經歷幾千次浪涌后鉗位電壓、漏電流，浪涌能力幾無衰減。

5 結語

SurgeSwitch對比于傳統TVS，其具有鉗位電壓更穩定（隨外部浪涌能量變化小，隨環境溫度變化小），封裝更小，結電容小且隨反向電壓變化小，漏電流，浪涌能力幾乎無衰減，可靠性更高等優點，是更多新的失效場景下的強有力的解決方案。