广告

如何借助雪崩二极管提供过压保护?

2018-07-31 Jürgen Gerber,Jochen Krieger 阅读:
当IGBT在高性能应用中高速接通和断开时,总会发生过压。例如,当关闭负载电流电路时,集电极发射极电压突然上升,达到非常高的峰值。由开关引起的过电压会严重损坏甚至破坏开关晶体管。

当IGBT在高性能应用中高速接通和断开时,总会发生过压。例如,当关闭负载电流电路时,集电极 - 发射极电压突然上升,达到非常高的峰值。由开关引起的过电压会严重损坏甚至破坏开关晶体管。7irednc

雪崩二极管如何帮助防止过电压?

常见的过电压保护方法是“有源钳位(active clamping)”。在这种情况下,雪崩二极管用作直接反馈。如果关断导致电感负载过压峰值,则由雪崩二极管传导至IGBT栅极,并且IGBT重新接通。7irednc

7irednc

20180730overvoltageprotection7irednc

上图显示了基本原理:当电压上升时,二极管被阻断(A)。在耗尽区中,一个自由电子触发雪崩的瞬间,电压突然下降到低于30V的击穿电压电平,雪崩二极管立刻击穿(B)。在重新启动之前,有时只能保持雪崩电流在短时间内稳定,并且电压再次上升(C)。击穿延迟(D)即两次击穿事件之间的时间,是不能预测的。7irednc

建议将具有改善噪声性能的雪崩二极管用于有源钳位过压保护,因为它们能够:7irednc

˙ 在快速上升的反向电压下,更快击穿7irednc

˙ 在低电流(低于~1mA)时具有更稳定击穿电压,因此:7irednc

˙ 延长其它器件的寿命,例如 IGBT或Mosfet,结果:7irednc

˙ 为变频器或电机控制器等应用节省成本,因为组件较少需要更换。7irednc

雪崩二极管的噪声是如何产生的?

雪崩二极管的噪声来自雪崩的不断接通和断开,即电压峰值的不断产生及其突然击穿(见图)。触发雪崩击穿有两个先决条件:7irednc

1. 存在足够的击穿电压以产生用于碰撞电离的临界电场强度。7irednc

2. 存在自由电子,因而形成漏电流7irednc

例如,1.6pA = 1.6 x 10-12A漏电流等于通过阻挡层的电子流速为每秒107电子,这意味着在统计上每100ns只能触发一次雪崩。然而,由于不是每个电子都会触发雪崩,实际上触发时间会更长。因此,触发雪崩击穿的概率与泄漏电流成比例。换句话说:漏电流越大,触发雪崩击穿的概率越高或击穿延迟时间越短(图中:D)。7irednc

在两个冲击漏电流电子之间,二极管处的反向电压可以显著上升到高于击穿电压电平。只有当下一个冲击电子触发雪崩时,二极管的电压才会突然下降到击穿电压水平。7irednc

如果电压源提供足够的电流,例如 1mA,雪崩击穿可以通过连续的碰撞电离保持自身运行,从而产生稳定的雪崩电流。7irednc

但是,如果源电流太低,例如100μA,低于击穿电压电平的雪崩电压突然下降,使得二极管放电,将导致雪崩击穿立即再次停止。这时,需要一定的时间来使二极管和线电容充电,使低源电流达到所需的电压电平,然后下一个电子才能触发新的雪崩。这种雪崩的不断接通和断开导致雪崩二极管击穿的典型噪声7irednc

二极管噪声性能的差异在图中也可见:图中显示了两个Z二极管(齐纳二极管)的击穿电压范围,在100μA的反向电流(IR)下测得的击穿电压为30V。其中一个二极管基于标准技术,使用极低的漏电流,另一个则采用“低噪声技术”。具有“低噪声技术”的齐纳二极管具有更稳健的电压特性,优于仅能在短时间内保持恒定雪崩电流的另一个二极管(C)。7irednc

威世提供采用“低噪声技术”的Z二极管,这些新一代产品包括SMFBZD27BZG 03BZG04BZG05PLZVTVS系列,由于适度增加漏电流(IR~10nA)而明显增加了触发雪崩击穿的可能性,从而降低了噪声,并为用户提供了在低电流(低于~1mA)时更稳定的击穿电压以及快速上升反向电压的更快击穿。7irednc

二极管噪声的更进一步影响因素

漏电流随温度增加而呈指数上升,即噪声随温度升高而降低;光还可以释放二极管耗尽区中的自由电子,从而降低噪声水平。这意味着:四周环境越暗越冷,噪音水平越高。7irednc

作者:儒卓力分立半导体产品部经理Jürgen Gerber,威世二极管部门TVS和ESD保护二极管和EMI滤波器应用和产品工程高级经理Jochen Krieger7irednc

7irednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 瑞萨电子推出具备业界超高EFT抗扰度的5V RS-485/422 新型RS-485/422差分收发器为工业与自动化应用提供±5000V的EFT抗扰度和高达±16000V的ESD抗扰度
  • 为什么美国蝉灾爆发周期是质数? 2021年,美国蝉灾(17年蝉)爆发。在此期间,它们共同产生的噪声几乎与直管摩托车一样大。与此同时,美国还有另一种13年蝉。那么,为什么这两种蝉会以这两个不同的循环年数出现,而且又都是质数呢?
  • 三种降低电容声学噪声的方法 当在音频频率下工作时,某些表贴电容会表现出噪声。有三种方法可以用来降低它。
  • 什么是EMI?降低开关模式电源中EMI的常规方法有哪些?最新 文章介绍了降低开关模式电源中EMI的常用方法以及最新技术。
  • 专访芯和(Xpeedic)创始人兼CEO凌峰:拥抱IPD的增长与机遇 <p style="text-align:left">全球知名半导体产业研究机构Yole Développement,一直以来因其对射频前端市场的权威研究和预测,成为引领行业的风向标。最近几年,Yole对芯和半导体的关注持续升温:<br> 2019年Yole在“5G's Impact on RF Front-End Module and Connectivity for Cell Phones 2019" 报告中首次把芯和定位为全球IPD滤波器领先供应商;<br> 2020年在"Thin-Film Integrated Passive Devices"报告中关注了芯和创新的定制IPD设计;<br> 2021新年伊始,随着5G的不断发展,Yole就芯和打造的射频前端无源器件新形态对芯和进行了专访,双方就芯和创新的IPD设计平台、IPD相对LTCC的优势和发展趋势、快速发展的中国生态圈以及芯和在其中的重要作用等方面进行了深入的探讨。</p>
  • EMC基础与测试原理——来自EMC检测工程师的实用笔记 近些年电磁兼容技术蓬勃发展,但对设计工程师来说,这是一个陌生的领域。本文用17张PPT教你看懂EMC基础与测试原理。
  • 深入集成电路芯片内部,看它对EMI设计的影响 电磁兼容设计通常要运用各项控制技术,一般来说,越接近EMI源,实现EM控制所需的成本就越小。PCB上的集成电路芯片是EMI最主要的能量来源,因此,如果能够深入了解集成电路芯片的内部特征,可以简化PCB和系统级设计中的EMI控制。
  • 大多数IoT设备最初的EMI测试都失败了 使用了预先认证过的射频模块,自己的物联网设备就一定能通过EMI和RF一致性测试?最近据一家中国测试公司透露,他们测试过的产品中90%都没有通过第一次测试。
  • 原来全是套路!三个经典的RS-485端口EMC防护方案详解 在实际的工业、电力、自动化及仪器仪表应用中,RS-485总线标准是使用最广泛的物理层总线设计标准之一,由于其会在恶劣电磁环境下工作,为了确保这些数据端口能够在最终安装环境中正常工作,它们必须符合相关的电磁兼容性(EMC)法规。本文从原理分析到实测为大家带来详细的RS485端口防护分析。
  • 五张图看懂EMI电磁干扰的传播过程 电磁干扰是电子电路设计过程中最常见的问题,设计师们一直在寻找能够完全消除或降低电磁干扰,也就是EMI的方法。但想要完全的消除EMI的干扰,首先需要的就是了解EMI是什么,它的传播过程是怎样的,本文就将对EMI的传播过程进行一个大致的介绍。
  • 如何使得工厂自动化系统远离各种威胁的电气损坏 工业物联网(IIoT)为工厂自动化系统带来更多连接功能的同时,也使得这些系统特别容易遭受来自各种威胁的电气损坏。本文概述了适用于各种工业自动化应用的电路保护解决方案,以及它们为确保未来工厂发展所需系统可靠性所提供的优势。
  • 三年数电五年模电,硬件工程师到底该如何发展? 计算机硬件如PC、手机、摄像机、路由器、交换机、服务器等产品的基础就是硬件单板,硬件工程师就是设计合格的单板。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了