《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種浪涌保護(hù)電路的研究和設(shè)計
2020年電子技術(shù)應(yīng)用第7期
董大偉，李江陵
中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，北京100190
摘要： 浪涌沖擊是電子產(chǎn)品常見問題之一，它經(jīng)常造成電子產(chǎn)品的損壞。設(shè)計了一種新型的浪涌保護(hù)鉗位電路，該保護(hù)電路包括一個基準(zhǔn)電路以及一個反饋控制電路?；鶞?zhǔn)電路在源電壓超過鉗位電壓時根據(jù)源電壓生成基準(zhǔn)電壓，反饋控制電路用于接收基準(zhǔn)電壓并將輸出電壓鉗位到鉗位電壓?；谏先A0.18 μm CMOS的工藝對其仿真，結(jié)果表明該電路可以很好地實現(xiàn)38 V、27 V、18 V、10 V的鉗位，與傳統(tǒng)的TVS二極管相比，具有低漏電流、恒定的鉗位電壓和接近于零的導(dǎo)通電阻等優(yōu)點。
中圖分類號： TN402
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200395
中文引用格式： 董大偉，李江陵. 一種浪涌保護(hù)電路的研究和設(shè)計[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2020，46(7)：74-77.
英文引用格式： Dong Dawei，Li Jiangling. Research and design of a surge protection circuit[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(7)：74-77.
Research and design of a surge protection circuit
Dong Dawei，Li Jiangling
China Electronic Corporation，Beijing 100190，China
Abstract： Surge shock is one of the major reliability issues in electronic products. It causes damage to electronic products. This paper invesitgated and designed a new type of surge protection clamp circuit, which includes a reference and a feedback control. The reference circuit generates a reference voltage based on the source voltage when the source voltage exceeds the clamping voltage, and the feedback control circuit is used to receive the reference voltage and clamp the output voltage to the clamping voltage. Based on the simulations of Shanghua 0.18 μm CMOS process, the results show that the circuit achieves 38 V，27 V，18 V，10 V clamping. Compared with traditional TVS diodes, it has low leakage current and constant clamping voltage ,and on-resistance is close to zero.
Key words : surge protection；clamp circuit；TVS diode；integrated circuit

0 引言

    眾所周知，電子產(chǎn)品在使用中經(jīng)常會遇到意外的電壓瞬變和浪涌，從而導(dǎo)致電子產(chǎn)品的損壞。損壞的原因是電子產(chǎn)品中的半導(dǎo)體器件(包括二極管、晶體管、可控硅等)被燒毀或擊穿。據(jù)估計，電子產(chǎn)品的故障有75%是由于瞬變和浪涌造成的[1-5]。電壓的瞬變和浪涌無處不在，電網(wǎng)、雷擊、爆破,就連人在地毯上行走都會產(chǎn)生上萬伏的靜電感應(yīng)電壓，這些，都是電子產(chǎn)品的隱形致命殺手。

    因此，為了提高電子產(chǎn)品的可靠性和人體自身的安全性，必須對電壓瞬變和浪涌采取防護(hù)措施。

    通常，采用浪涌保護(hù)器以確保提供給受保護(hù)電子設(shè)備的電壓不超過其擊穿電壓。提供這種浪涌保護(hù)功能的常規(guī)設(shè)備包括瞬態(tài)電壓抑制(TVS)二極管[6-7]和通過模擬電路實現(xiàn)的電壓調(diào)節(jié)器[8-9]。常規(guī)的TVS二極管結(jié)構(gòu)如圖1所示。將TVS二極管與需保護(hù)電路或器件并聯(lián)，當(dāng)浪涌來臨時，它能將電壓鉗位在一定值并且泄放大量電流，以此來保護(hù)內(nèi)部電路不被擊穿。

    傳統(tǒng)的TVS二極管其鉗位電壓會隨著二極管吸收的電流變化而變化[10-12]。因此TVS二極管的鉗位電壓相比于其觸發(fā)電壓會更大，在I-V曲線中兩者的斜率稱為TVS二極管的導(dǎo)通動態(tài)電阻，顯然具有高的動態(tài)電阻的鉗位器件會導(dǎo)致浪涌保護(hù)機(jī)制不理想，因為為了令其鉗位電壓達(dá)到要求，必須將TVS二極管的觸發(fā)電壓設(shè)置為低于實際所需的鉗位電壓，這樣會導(dǎo)致其觸發(fā)電壓過低引起TVS二極管的誤觸發(fā)。

    為了避免上述問題，并提供更精確的浪涌保護(hù)解決方案，期望減小鉗位器件的動態(tài)電阻從而使其鉗位電壓與電流水平無關(guān)。本文研究并設(shè)計了一種新型的浪涌保護(hù)鉗位電路，該保護(hù)電路包括一個基準(zhǔn)電路以及一個反饋控制電路。




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作者信息:

董大偉，李江陵

(中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，北京100190)

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