你的位置:首頁 > 電路保護 > 正文

如何借助雪崩二極管提供過壓保護?

發(fā)布時間:2018-08-01 來源:Jürgen Gerber,Jochen Krieger 責任編輯:wenwei

【導讀】當IGBT在高性能應用中高速接通和斷開時,總會發(fā)生過壓。例如,當關閉負載電流電路時,集電極發(fā)射極電壓突然上升,達到非常高的峰值。由開關引起的過電壓會嚴重損壞甚至破壞開關晶體管。
 
雪崩二極管如何幫助防止過電壓?
 
常見的過電壓保護方法是“有源鉗位(active clamping)”。在這種情況下,雪崩二極管用作直接反饋。如果關斷導致電感負載過壓峰值,則由雪崩二極管傳導至IGBT柵極,并且IGBT重新接通。
 
如何借助雪崩二極管提供過壓保護?
 
上圖顯示了基本原理:當電壓上升時,二極管被阻斷(A)。在耗盡區(qū)中,一個自由電子觸發(fā)雪崩的瞬間,電壓突然下降到低于30V的擊穿電壓電平,雪崩二極管立刻擊穿(B)。在重新啟動之前,有時只能保持雪崩電流在短時間內穩(wěn)定,并且電壓再次上升(C)。擊穿延遲(D)即兩次擊穿事件之間的時間,是不能預測的。
 
建議將具有改善噪聲性能的雪崩二極管用于有源鉗位過壓保護,因為它們能夠:
 
˙ 在快速上升的反向電壓下,更快擊穿
˙ 在低電流(低于~1mA)時具有更穩(wěn)定擊穿電壓,因此:
˙ 延長其它器件的壽命,例如 IGBT或Mosfet,結果:
˙ 為變頻器或電機控制器等應用節(jié)省成本,因為組件較少需要更換。
 
雪崩二極管的噪聲是如何產生的?
 
雪崩二極管的噪聲來自雪崩的不斷接通和斷開,即電壓峰值的不斷產生及其突然擊穿(見圖)。觸發(fā)雪崩擊穿有兩個先決條件:
 
1. 存在足夠的擊穿電壓以產生用于碰撞電離的臨界電場強度。
 
2. 存在自由電子,因而形成漏電流。
 
例如,1.6pA = 1.6 x 10-12A漏電流等于通過阻擋層的電子流速為每秒107電子,這意味著在統(tǒng)計上每100ns只能觸發(fā)一次雪崩。然而,由于不是每個電子都會觸發(fā)雪崩,實際上觸發(fā)時間會更長。因此,觸發(fā)雪崩擊穿的概率與泄漏電流成比例。換句話說:漏電流越大,觸發(fā)雪崩擊穿的概率越高或擊穿延遲時間越短(圖中:D)。
 
在兩個沖擊漏電流電子之間,二極管處的反向電壓可以顯著上升到高于擊穿電壓電平。只有當下一個沖擊電子觸發(fā)雪崩時,二極管的電壓才會突然下降到擊穿電壓水平。
 
如果電壓源提供足夠的電流,例如 1mA,雪崩擊穿可以通過連續(xù)的碰撞電離保持自身運行,從而產生穩(wěn)定的雪崩電流。
 
但是,如果源電流太低,例如100μA,低于擊穿電壓電平的雪崩電壓突然下降,使得二極管放電,將導致雪崩擊穿立即再次停止。這時,需要一定的時間來使二極管和線電容充電,使低源電流達到所需的電壓電平,然后下一個電子才能觸發(fā)新的雪崩。這種雪崩的不斷接通和斷開導致雪崩二極管擊穿的典型噪聲。
 
二極管噪聲性能的差異在圖中也可見:圖中顯示了兩個Z二極管(齊納二極管)的擊穿電壓范圍,在100μA的反向電流(IR)下測得的擊穿電壓為30V。其中一個二極管基于標準技術,使用極低的漏電流,另一個則采用“低噪聲技術”。具有“低噪聲技術”的齊納二極管具有更穩(wěn)健的電壓特性,優(yōu)于僅能在短時間內保持恒定雪崩電流的另一個二極管(C)。
 
威世提供采用“低噪聲技術”的Z二極管,這些新一代產品包括SMF、BZD27、BZG 03、BZG04、 BZG05、PLZ 和 VTVS系列,由于適度增加漏電流(IR~10nA)而明顯增加了觸發(fā)雪崩擊穿的可能性,從而降低了噪聲,并為用戶提供了在低電流(低于~1mA)時更穩(wěn)定的擊穿電壓以及快速上升反向電壓的更快擊穿。
 
二極管噪聲的更進一步影響因素
 
漏電流隨溫度增加而呈指數(shù)上升,即噪聲隨溫度升高而降低;光還可以釋放二極管耗盡區(qū)中的自由電子,從而降低噪聲水平。這意味著:四周環(huán)境越暗越冷,噪音水平越高。
 
作者:儒卓力分立半導體產品部經(jīng)理Jürgen Gerber,威世二極管部門TVS和ESD保護二極管和EMI濾波器應用和產品工程高級經(jīng)理Jochen Krieger
 
 
推薦閱讀:
 
手持頻譜儀也能用于核磁共振測試?
鋁電解電容壽命計算
攝像頭、雷達、激光雷達——自動駕駛幾大傳感器系統(tǒng)大揭秘
說說1P+N與2P漏電開關在選用上的區(qū)別!
熱電偶和熱電阻的基本常識和應用,溫度檢測必備知識!
要采購開關么,點這里了解一下價格!
特別推薦
技術文章更多>>
技術白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關閉

?

關閉