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想快速实现高@@性价比的@@电路保护@@@@@@？试试@@eFuse！

judy — Thu, 07 Dec 2023 02:33:48 +0000

作者@@：Jacob Beningo，来源@@：得捷电子@@DigiKey微信公众号@@

随着@@电子设备@@在@@家庭@@、办公室和@@工业@@中@@的@@普及@@，对高@@速@@、紧凑@@、低成本@@、可复位和@@可调节电路保护@@@@器件@@的@@@@需求@@越来越重要@@，以@@确保@@用户安全和@@最长的@@正常设备@@运行时@@间@@。传统熔断方法的@@熔断电流@@不准确@@、响应时@@间慢@@，而@@且@@通常保险丝更换不方便@@。

虽然从@@头设计@@一个@@合适的@@保护@@方案@@是@@可以@@的@@@@，但@@要在@@可重置的@@设备@@中@@@@满足苛刻的@@延迟和@@精度@@要求@@并非易事@@。此外@@，同样的@@解决方案@@现在@@也有@@望具备可调过流保护@@@@@@、可调浪涌电流@@压摆率@@、过压钳位@@@@、反向电流@@阻断和@@热保护@@等@@功能@@。这种设计@@需要@@大量的@@分立@@@@188足彩外围@@app 和@@数个@@@@ IC，这样不仅会占据@@@@ PC 板的@@上@@很大面积@@，提高@@成本@@，还会延迟上@@市时@@间@@。不断增加@@@@难度是@@为了满足高@@可靠性@@要求@@@@，满足诸如@@@@ IEC/UL62368-1 和@@ UL2367 等@@国际安全标准@@要求@@@@@@。

为此@@，设计@@人员可以@@转向使用@@电子保险丝@@ (eFuse) IC 来提供@@纳秒@@@@ (ns) 级短路@@保护@@@@，这比传统的@@保险丝或@@@@ PPTC 器件@@要快一百万倍@@@@。

本文在@@介绍@@@@ eFuse 及其@@工作原@@理之前@@，说明为什么需要@@更快速@@、更坚固@@、更紧凑@@@@、更可靠和@@更经济的@@电路保护@@@@@@。然后@@，介绍@@ Toshiba Electronic Devices and Storage Corporation 提供@@的@@几种@@ eFuse，并说明这些@@器件@@在@@经济实惠@@、结构@@紧凑@@和@@坚固耐用方面是@@如@@何满足设计@@者的@@电路保护@@@@需求@@@@的@@@@。

电路保护@@@@需求@@@@

过电流@@状况@@@@、短路@@、过载@@和@@过电压@@是@@电子系统@@的@@@@一些基本电路保护@@@@需求@@@@@@。过流状态下@@@@，会有@@过量的@@电流@@流经导体@@。这可能会导致高@@水平发热@@、火灾或@@设备@@损坏的@@风险@@。短路@@、过载@@、设计@@故障@@@@、部件故障@@以@@及@@电弧或@@接地故障@@都可能造成过流故障@@@@。为了保护@@电路和@@设备@@用户@@，过流保护@@需要@@瞬时@@动作@@。

存在@@过载@@时@@@@，过大的@@电流@@不会立即@@产生危险@@，但@@长期过载@@造成的@@后果与@@高@@过流同样不安全@@。过载@@保护@@是@@根据@@@@过载@@程度通过@@各种时@@间延迟来实现的@@@@。随着@@过载@@情况的@@加@@重@@，延迟会随之缩短@@。过载@@保护@@可以@@用延迟或@@慢速保险丝来实现@@。

过电压@@情况会导致系统@@运行不稳定@@@@，还可能导致产生过多热量@@，增大火灾风险@@。过电压@@也会给系统@@用户或@@操作员带来直接危险@@。与@@过电流@@一样@@，过压保护@@也需要@@快速动作@@，切断电源@@@@。

为确保运行安全@@、稳定@@，有@@些应用@@受还益于除基本保护@@功能以@@外的@@其@@他保护@@功能@@，具体包括@@可调级别的@@过压和@@过流保护@@@@、启动涌流控制@@@@、热保护@@和@@反向电流@@阻断功能@@。各种不同的@@电路保护@@@@装置可以@@满足这些@@保护@@功能的@@不同组@@合需求@@@@。

eFuses 如@@何工作@@

与@@传统保险丝和@@@@@@ PPTC 器件@@相比@@，eFuse IC 实现了@@更广泛的@@保护@@功能和@@更高@@的@@@@控制@@水平@@（图@@ 1）。除高@@速短路@@保护@@外@@，eFuse 还提供@@精确的@@过压箝位@@、可调过流保护@@@@、可调电压@@和@@电流@@压摆率控制@@@@，以@@便尽可能减少浪涌电流@@和@@热关断@@@@。各个@@不同的@@版本还包括@@内@@置反向电流@@阻断@@功能@@。

图@@ 1：eFuse 可以@@取代传统保险丝或@@@@ PPTC 设备@@，并具有@@@@更多的@@保护@@功能和@@更高@@的@@@@控制@@水平@@。（图@@片来源@@@@：Toshiba）

eFuse 性能的@@关键因素之一是@@内@@部功率@@@@ MOSFET，其@@“导通@@”电阻通常在@@毫欧@@ (mΩ) 范围内@@@@，并能处理高@@输出电流@@@@（图@@ 2）。正常工作期间@@，功率@@ MOSFET 的@@极低导通@@电阻@@确保@@ VOUT 端电压@@与@@@@ VIN 端电压@@几乎相同@@@@。当@@检测到@@@@短路@@时@@@@，MOSFET 会非常迅速断开@@，而@@当@@系统@@恢复正常时@@@@，MOSFET 则@@用来控制@@浪涌电流@@@@。

图@@ 2：低导通@@电阻@@功率@@@@ MOSFET（顶部@@中@@心@@）是@@ eFuse 实现快速动作和@@受控启动能力的@@关键@@。（图@@片来源@@@@：Toshiba）

除了@@功率@@@@ MOSFET 之外@@，eFuse 的@@有@@源性质也有@@助于实现众多的@@性能优势@@（表@@ 1）。传统保险丝和@@@@ PPTC 是@@无源器件@@@@，跳闸@@电流@@的@@精度@@很低@@。它们都依靠焦耳加@@热且耗费时@@间@@，从@@而@@增加@@@@了其@@反应时@@间@@。另一方面@@@@，eFuse 会不断监测电流@@@@，一旦电流@@达到@@可调限流值@@的@@@@ 1.6 倍@@，就会启动短路@@保护@@@@。一旦启动@@，eFuse 的@@超高@@速短路@@保护@@技术只需@@ 150 至@@ 320 纳秒@@即@@可将@@电流@@降至@@接近@@零@@，而@@保险丝和@@@@ PPTC 的@@反应时@@间则@@为@@ 1 秒或@@更长@@。这种快速反应时@@间减少了系统@@应力@@，从@@而@@增强了稳健性@@。由@@于@@ eFuse 电子保险丝不会被短路@@破坏@@，因此@@可以@@多次使用@@@@。

表@@ 1：与@@保险丝和@@@@ PPTC（聚合开关@@）器件@@相比@@，eFuse IC 的@@保护@@速度更快@@、精度@@更高@@@@、保护@@功能更全@@。（表@@格来源@@@@：Toshiba）

与@@作为@@一次性设备@@的@@传统保险丝相比@@，eFuse 有@@助于降低@@维护成本@@，缩短恢复和@@维修时@@间@@。eFuse 有@@自@@动恢复和@@锁定保护@@两种故障@@恢复方式@@：前者是@@在@@故障@@条件消除后自@@动恢复正常运行@@，后者是@@在@@故障@@消除后被施加@@外部@@信号时@@恢复@@。eFuse 还提供@@过压和@@热保护@@@@，这对传统保险丝或@@@@ PPTC 来说是@@不可能的@@@@。

选择@@ eFuses

选择@@合适的@@@@ eFuse 通常要从@@应用@@的@@电源@@轨开始@@。对于@@ 5 至@@ 12 伏电源@@轨@@，TCKE8xx系列@@ eFuse是@@不错的@@选择@@@@。该@@系列@@的@@额定输入电压@@高@@达@@ 18 V，电流@@ 5 A，通过@@了@@ IEC 62368-1 认证@@，符合@@ UL2367 要求@@，采用@@ WSON10B 封装@@，尺寸为@@ 3.0 mm x 3.0 mm x 0.7 mm 高@@，间距为@@ 0.5 mm（图@@ 3）。

图@@ 3：Toshiba 的@@ eFuses 采用@@ 3 mm x 3 mm、0.7 mm 高@@的@@@@ WSON10B 表@@面贴装封装@@@@。（图@@片来源@@@@：Toshiba）

对于@@设计@@者来说@@，TCKE8xx 系列@@提高@@了灵活性@@，包括@@由@@外部@@电阻设置调节过流值@@@@、由@@外部@@电容设置调节压摆率控制@@@@，提供@@过压和@@欠压@@@@保护@@@@、热关断@@功能以@@及@@一个@@针对@@选用型外部@@反向电流@@阻断@@ FET 的@@控制@@引@@脚@@@@。

设计@@者还可以@@选择@@三种不同的@@过压钳位@@@@@@：用于@@ 5 V 系统@@的@@@@ 6.04 V 钳位@@（例如@@@@ TCKE805NL, RF），用于@@ 12 V 系统@@的@@@@ 15.1 V钳位@@（包括@@ TCKE812NL, RF），以@@及@@无钳位@@电压@@@@@@（例如@@@@ TCKE800NL, RF）（图@@ 4）。根据@@@@不同的@@型号@@，过压保护@@分为自@@动重试和@@钳位@@两种方式@@，钳位@@水平的@@设定精度@@为@@ 7%。欠压@@锁定可通过@@一个@@外部@@电阻设定@@。热关断@@可在@@@@ eFuse 的@@温度超过@@ 160℃ 时@@将@@其@@断开@@，从@@而@@保护@@@@ IC 免受超温影响@@。具有@@@@自@@动恢复热保护@@的@@@@型号在@@温度下@@降@@ 20°C 时@@重新启动@@。

图@@ 4：TCKE8xx 系列@@电子保险丝包括@@多种型号@@，钳位@@电压@@@@为@@ 6.04 V 的@@ TCKE805 适用于@@@@ 5 V 系统@@，钳位@@电压@@@@为@@ 15.1 V 的@@ TCKE812 适用于@@@@ 12 V 系统@@，而@@ TCKE800 则@@没有@@钳位@@电压@@@@@@。（图@@片来源@@@@：Toshiba）

为确保稳定@@运行@@@@，这些@@ eFuse 具有@@@@供设计@@者在@@启动时@@设置电流@@和@@电压@@斜率的@@选项@@（图@@ 5）。当@@接通电源@@时@@@@，巨大的@@浪涌电流@@会流入输出电容并使@@@@ eFuse 跳闸@@，从@@而@@导致运行不稳定@@@@。eFuse 的@@ dV/dT 引@@脚@@上@@的@@@@外部@@电容器可用来设定电压@@和@@电流@@的@@启动斜坡@@，以@@防止@@出现无跳闸@@@@。

图@@ 5：设计@@者可以@@设置电压@@和@@电流@@的@@启动斜坡@@，以@@确保@@eFuse 稳定@@运行@@。（图@@片来源@@@@：Toshiba）

根据@@@@应用@@要求@@@@，设计@@者可以@@添加@@一个@@外部@@@@ N 沟道@@功率@@@@ MOS，用于@@阻断反向电流@@@@；添加@@一个@@瞬态电压@@抑制@@ (TVS) 二极管@@，用于@@输入瞬态电压@@保护@@@@；添加@@一个@@肖特基势垒二极管@@@@ (SBD)，用于@@ eFuse 输出的@@负电压@@@@尖峰保护@@@@（图@@ 6）。反向电流@@阻断在@@热插拔@@式磁盘驱动器和@@电池@@充电器等@@应用@@中@@非常有@@用@@。外部@@ MOSFET 通过@@ EFET 引@@脚@@控制@@@@。

在@@电源@@总线上@@会出现超过@@ eFuse 最大额定值@@的@@瞬时@@电压@@的@@系统@@中@@@@，需要@@添加@@@@ TVS 二极管@@。在@@有@@些应用@@中@@@@，eFuse 的@@输出端可能会出现负电压@@尖峰@@，而@@选用型@@ SBD 可以@@保护@@负载侧@@的@@@@@@ IC 和@@其@@他@@设备@@以@@及@@@@ eFuse 本身@@。Toshiba 推荐将@@@@ SSM6K513NU, LF 作为@@外部@@@@@@ MOSFET，DF2S23P2CTC, L3F 作为@@ TVS 二极管@@，而@@ CUHS20S30, H3F 作为@@ SBD。

图@@ 6：TCKE8xx 系列@@ eFuse 的@@典型应用@@显示了用于@@输入瞬态电压@@保护@@@@的@@可选@@ TVS、用于@@输出引@@脚@@负电压@@尖峰保护@@的@@@@@@ SBD 以@@及@@用于@@阻断反向电流@@@@的@@外部@@@@ MOSFET。（图@@片来源@@@@：Toshiba）

内@@置反向电流@@阻断@@ MOSFET 的@@ eFuse

对于@@要求@@解决方案@@尽可能小且具有@@@@反向电流@@阻断功能的@@应用@@@@，设计@@者可以@@使用@@具有@@@@两个@@@@内@@部@@ MOSFET 的@@ TCKE712BNL, RF eFuse（图@@ 7）。第二@@个@@内@@部@@ MOSFET 没有@@任何性能损失@@；两个@@@@ MOSFET 的@@合并导通@@电阻只有@@@@ 53 mΩ，与@@使用@@外部@@阻断@@ MOSFET 时@@差不多@@。

图@@ 7：TCKE712BNL, RF eFuse 包括@@两个@@@@@@ MOSFET（顶部@@中@@间@@），可实现反向电流@@阻断@@，无需外部@@@@ MOSFET。（图@@片来源@@@@：Toshiba）

与@@ TCKE8xx 系列@@的@@固定电压@@设计@@相比@@，TCKE712BNL, RF 的@@输入电压@@范围@@为@@ 4.4 至@@ 13.2 V。为了支持这种可能的@@输入电压@@范围@@@@，该@@器件@@有@@一个@@过压保护@@@@ (OVP) 引@@脚@@，使设计@@者能够设置过压保护@@水平@@，以@@适应特定的@@系统@@需求@@@@。此外@@，TCKE712BNL还增加@@@@了一个@@@@ FLAG 引@@脚@@，用于@@提供@@开漏信号输出@@，表@@明存在@@故障@@状况@@@@。

结语@@

确保电子系统@@的@@@@电路和@@用户保护@@功能至@@关重要@@，在@@目前@@设备@@激增@@、故障@@可能性增加@@@@的@@情况@@下@@尤其@@如@@此@@。同时@@@@，设计@@者必须将@@成本和@@封装@@降到@@最小@@，同时@@@@还要具有@@@@最大的@@保护@@灵活性@@，满足适当@@的@@保护@@标准@@@@。

eFuse具有@@@@超快的@@动作速度@@、出色的@@精确性@@、可靠性@@和@@可重复使用@@性@@。这类器件@@性能优良@@、高@@度灵活@@，不仅成为传统保险丝和@@@@@@ PPTC 器件@@的@@@@替代品@@，而@@且@@还具有@@@@多种内@@置功能@@，可大大简化电路和@@用户保护@@的@@@@设计@@工作@@。

碳化硅@@@@电子熔丝@@演示器为设计@@人员提供@@电动汽车@@@@电路保护@@@@解决方案@@@@

judy — Tue, 05 Dec 2023 03:24:25 +0000

作者@@：Microchip Technology Inc.碳化硅@@@@事业部技术应用@@工程师@@Ehab Tarmoom

早在@@十多年@@前@@，电动汽车@@@@就已经引@@入@@400V电池@@系统@@@@，现在@@我们看到@@行业正在@@向@@800V系统@@迁移@@，主要是@@为了支持直流快速充电@@。随着@@电压@@的@@提高@@和@@从@@@@400V系统@@中@@学到@@的@@经验教训@@，设计@@人员现在@@正专注于增强高@@压保护@@电路的@@性能并提高@@可靠性@@@@。他们正在@@重新评估使用@@熔丝@@、接触@@器或@@继@@电器的@@现有@@解决方案@@@@，以@@寻找响应速度更快@@、稳健性更强且可靠性@@更高@@的@@@@解决方案@@@@，如@@热熔丝和@@电子熔丝@@@@（即@@E-Fuse）。一种领先的@@解决方案@@是@@基于@@碳化硅@@@@@@（SiC）技术的@@电子熔丝@@@@。SiC提供@@高@@工作电压@@@@、高@@工作温度@@、低导通@@电阻@@、低关断@@状态漏电流@@以@@及@@对过电压@@瞬变的@@耐久性@@。电子熔丝@@的@@固态设计@@消除了@@与@@电弧@@、机械磨损@@、触点抖动和@@定位焊相关的@@可靠性@@问题@@。其@@不再需要@@用于@@驱动接触@@器线圈的@@节能器硬件@@。电子熔丝@@通过@@其@@可配置@@性@@、受控的@@导通@@和@@关断@@@@、车载诊断和@@对高@@电压@@瞬变的@@耐久性提高@@了系统@@级性能@@。

采用@@可复位设计@@@@，无需维修@@
电子熔丝@@采用@@全@@SiC设计@@，对短路@@的@@响应速度无与@@伦比@@，比热熔丝的@@响应速度快数百倍@@@@。由@@于@@这种特性@@，电子熔丝@@成为了基于@@热熔丝的@@保护@@解决方案@@对的@@自@@然补充@@。尽管热熔丝提供@@了稳健且可靠的@@电路保护@@@@@@，但@@它不可复位@@。它是@@一次性使用@@的@@设备@@@@，就像安全气囊里的@@火药@@。

严重情况下@@@@，热熔丝用作@@切断系统@@电源@@的@@安全措施@@。一旦引@@爆@@，就需要@@更换@@。在@@高@@压系统@@中@@更换组@@件并不像在@@@@12V系统@@中@@那么@@简单@@。400V或@@800V的@@系统@@电压@@远高@@于汽车@@行业通常认为安全的@@@@60V限制@@，只有@@合格的@@维修技术员才能安全地进行维修@@。幸运的@@是@@@@，由@@于@@具有@@@@可配置@@的@@跳闸@@特性@@，作为@@系统@@级配套解决方案@@的@@电子熔丝@@对过电流@@的@@敏感度要高@@于热熔丝@@，从@@而@@可确保其@@先跳闸@@@@，以@@避免触发热熔丝@@。与@@当@@今的@@解决方案@@相比@@，电子熔丝@@的@@一大优点是@@其@@可复位性@@，这可帮助电动汽车@@@@车主节省与@@车辆维修相关的@@时@@间@@@@、费用和@@麻烦@@。

稳健的@@直流电路保护@@@@@@
高@@压直流系统@@中@@的@@电路保护@@@@带来了独特的@@挑战@@。与@@交流系统@@不同@@，在@@交流系统@@中@@@@，过零有@@助于熄灭电弧@@，而@@直流系统@@则@@没有@@这样的@@@@过零@@。为了应对这一问题@@，高@@压电动汽车@@@@继@@电器和@@接触@@器包含了额外的@@复杂功能@@，以@@安全地熄灭电弧@@。然而@@@@，电弧仍然会侵蚀触点@@，导致如@@高@@接触@@电阻或@@定位焊等@@可靠性@@问题@@。

另一方面@@@@，电子熔丝@@能安全地断开直流电路@@，而@@不会产生电弧@@。在@@基于@@继@@电器的@@解决方案@@中@@造成电弧的@@感应能量类型也存在@@于电子熔丝@@的@@保护@@电路中@@@@，因此@@，电子熔丝@@解决方案@@在@@中@@断电流@@时@@需要@@吸收@@这种能量@@。

主要区别在@@于@@，电子熔丝@@的@@响应速度快@@，可将@@峰值@@电流@@降低@@到@@比传统解决方案@@低几个@@数量级@@。由@@于@@感应能量与@@电流@@的@@平方成正比@@，因此@@峰值@@短路@@电流@@的@@减少也会导致允通能量的@@显著减少@@。这也会减轻线路压力并减少潜在@@的@@下@@游故障@@负载@@。

具有@@@@可配置@@跳闸@@特性的@@电子熔丝@@演示器@@
图@@1给出的@@@@Microchip辅助电子熔丝@@技术演示器可供开发汽车@@高@@压电子熔丝@@或@@固态继@@电器的@@设计@@人员使用@@@@。六种硬件型号分别提供@@@@400V和@@800V选项以@@及@@@@10A、20A和@@30A电流@@额定值@@@@，支持评估@@RDS(on)的@@定制为@@15 mΩ到@@40 mΩ的@@单个@@或@@并联@@@@SiC MOSFET。

图@@1——Microchip的@@辅助电子熔丝@@技术演示器@@

电子熔丝@@的@@控制@@和@@保护@@电路由@@@@12V系统@@供电@@。演示器配有@@@@LIN通信@@接口@@@@，支持直接连接@@到@@@@12V电池@@，同时@@@@可通过@@@@LIN活动从@@睡眠模式唤醒@@，或@@者从@@控制@@模块的@@开关电池@@输出唤醒@@。

如@@图@@@@2的@@时@@间@@-电流@@特性@@（TCC）曲线所示@@@@，电子熔丝@@包括@@三种过电流@@检测方法@@，涵盖从@@略微过电流@@到@@极高@@短路@@电流@@@@。TCC曲线定义了电子熔丝@@类似熔丝的@@行为@@@@，对低过电流@@的@@响应速度慢@@，对高@@过电流@@的@@响应速度快@@。

它可以@@轻松调整以@@保护@@线路和@@负载@@。这三种检测方法可以@@通过@@软件或@@@@LIN接口@@轻松配置@@@@。最左@@边的@@蓝色检测方法使用@@结温估计算法来描述跳闸@@行为@@。此算法使用@@电流@@测量值@@@@、环境温度测量值@@@@、SiC MOSFET的@@RDS(on)和@@热设计@@特性来估计@@SiC MOSFET的@@结温@@。

响应时@@间随过电流@@的@@大小而@@变化@@。中@@间线段代表@@了使用@@单一电流@@测量的@@检测方法@@，其@@响应时@@间固定@@。最右@@边的@@线段代表@@了一种基于@@硬件@@，但@@可以@@通过@@软件配置@@的@@检测方法@@。这种方法利用了@@PIC® MCU独立于内@@核的@@外设@@（CIP），具体包括@@比较器@@、固定参考电压@@@@、数模转换器和@@配置@@为@@SR锁存器的@@可配置@@逻辑单元@@。这可确保信号传播时@@间短至@@几百纳秒@@以@@内@@@@，从@@而@@可以@@立即@@检测到@@短路@@并保护@@高@@压系统@@@@。

图@@2——400V、20A电子熔丝@@型号的@@时@@间@@@@-电流@@特性@@曲线@@

除了@@类似熔丝的@@行为@@外@@，电子熔丝@@还可以@@承担机电继@@电器的@@功能@@。如@@同继@@电器线圈及其@@高@@压触点彼此电气隔离@@一样@@，高@@压电子熔丝@@的@@控制@@信号与@@高@@压端子@@之间@@也有@@隔离@@屏障@@。电子熔丝@@拥有@@类似于继@@电器的@@灵活性@@，可以@@连接@@到@@系统@@中@@@@，作为@@为负载馈送高@@压电池@@正极的@@高@@侧@@输出@@，或@@者作为@@为负载到@@高@@压电池@@负极提供@@返回路径的@@低侧@@输出@@，如@@图@@@@3所示@@。

图@@3——电子熔丝@@系统@@级配置@@@@

高@@压短路@@性能@@
为了真正展示电子熔丝@@与@@传统汽车@@高@@压熔丝之间@@响应时@@间的@@差异@@，在@@450V和@@大约@@3 µH线路电感的@@相似测试条件下@@@@，我们让每种熔丝承受短路@@的@@影响@@。图@@4中@@给出了产生的@@波形@@。黑色波形是@@测试中@@流过高@@压熔丝的@@电流@@@@。在@@30 µs内@@，电流@@达到@@测量设备@@的@@极限@@3800A，并在@@@@50 µs后熔断高@@压熔丝@@。根据@@@@测试参数@@，峰值@@电流@@估计已超过@@6000A。然而@@@@，如@@蓝色波形所示@@@@，使用@@电子熔丝@@时@@@@，跳闸@@前的@@电流@@只有@@@@128A。这表@@示@@允通电流@@显著减少@@，最大程度减少了对接线和@@下@@游负载的@@压力@@。

它为系统@@设计@@人员提供@@了优化接线以@@减轻重量和@@降低@@成本@@的@@选项@@。在@@某些情况下@@@@，电子熔丝@@的@@低允通电流@@将@@是@@拖车状态@@（导致高@@电流@@应力的@@故障@@引@@起硬件永久损坏@@）和@@可恢复故障@@@@（允许系统@@自@@动复位@@，驾驶员可继@@续操作车辆@@）之间@@的@@区别@@。

图@@4——电子熔丝@@与@@高@@压熔丝的@@电流@@波形@@

除了@@电动汽车@@@@本身@@@@，如@@直流快速充电站或@@为充电站供电的@@微电网@@等@@支持基础设施也将@@从@@电子熔丝@@中@@受益@@。电子熔丝@@提供@@的@@优势不局限于汽车@@应用@@@@。

使用@@熔丝和@@接触@@器的@@应用@@可受益于探讨的@@一些主题以@@及@@其@@他优势@@，包括@@车载电流@@检测@@，这种检测可实现进一步的@@系统@@级集成和@@优化@@。非车载应用@@利用公共源和@@反串联@@SiC MOSFET配置@@，需要@@的@@电流@@能力可能比演示器提供@@的@@更高@@@@。幸运的@@是@@@@，设计@@扩展十分简单@@，可以@@针对@@公共源配置@@中@@提供@@的@@@@SiC电源@@模块进行调整@@。

随着@@我们对性能@@、安全性和@@可靠性@@的@@关注度不断提高@@@@，电子熔丝@@作为@@电路保护@@@@解决方案@@将@@不断发展@@，成为优先采用@@的@@方法@@，如@@同我们看到@@@@12V系统@@从@@熔丝和@@继@@电器转向保护@@型固态驱动器@@，最近@@又转向低压@@电子熔丝@@一样@@。

为敏感电路提供@@过压及电源@@反接保护@@@@！

judy — Tue, 17 Oct 2023 02:40:20 +0000

假如@@有@@人将@@@@24V电源@@连接@@到@@您的@@@@12V电路上@@@@，将@@发生什么@@？

倘若电源@@线和@@接地线因疏忽而@@反接@@，电路还能安然无恙吗@@？

您的@@应用@@电路是@@否工作于那种输入电源@@会瞬变至@@非常高@@压或@@甚至@@@@低于地电位的@@严酷环境中@@@@?

即@@使此类事件@@的@@发生概率很低@@，但@@只要出现任何一种就将@@彻底损坏电路板@@。

为了隔离@@负电源@@电压@@@@，设计@@人员惯常的@@做法是@@布设一个@@与@@电源@@相串联的@@@@功率@@二极管@@或@@@@ P 沟道@@ MOSFET。然而@@@@——

二极管@@既占用宝贵的@@板级空间@@@@，又会在@@高@@负载电流@@下@@消耗大量的@@功率@@@@。

P 沟道@@ MOSFET 的@@功耗虽然低于串联二极管@@@@，但@@ MOSFET 以@@及@@所需的@@驱动@@电路将@@导致成本增加@@@@@@。

这两种解决方案@@均牺牲了低电源@@操作性能@@，尤其@@是@@@@串联二极管@@@@。而@@且@@，两种方法都没有@@提供@@针对@@过高@@电压@@的@@保护@@@@ —— 这种保护@@需要@@更多的@@电路@@，包括@@一个@@高@@电压@@窗口比较器和@@充电泵@@。

欠压@@、过压和@@电源@@反向保护@@@@

LTC4365是@@一款独特的@@解决方案@@@@，可精巧和@@稳健地保护@@敏感电路免遭意料之外@@的@@高@@电源@@电压@@或@@负电源@@电压@@@@。LTC4365 能隔离@@高@@达@@ 60V 的@@正电压@@和@@低至@@@@@@ –40V 的@@负电压@@@@。只有@@处于安全工作电源@@范围之内@@的@@电压@@@@被传送至@@负载@@。仅需的@@外部@@有@@源组@@件是@@一个@@连接@@在@@不可预知的@@电源@@与@@敏感负载之间@@的@@双路@@@@N沟道@@MOSFET。

图@@ 1 示出了一款完整的@@@@应用@@电路@@。一个@@阻性分压器负责设定用于@@负载与@@@@VIN连接@@ / 断接@@的@@过压@@(OV)和@@欠压@@@@ (UV) 跳变点@@。如@@果@@输入电源@@漂移至@@该@@电压@@窗口之外@@@@，则@@LTC4365 将@@迅速把@@负载与@@电源@@断接@@@@。

图@@ 1：完整的@@@@ 12V 汽车@@欠压@@@@、过压及电源@@反向保护@@电路@@

双路@@ N 沟道@@ MOSFET 负责在@@@@ VIN 上@@隔离@@正电压@@和@@负电压@@@@。在@@标准@@运作期间@@，LTC4365 为外部@@@@ MOSFET 的@@ 栅极提供@@了增强的@@@@ 8.4V。LTC4365 的@@有@@效工作范围从@@低至@@@@2.5V到@@高@@达@@34V —— OV和@@UV窗口可介于此范围之内@@@@。对于@@大多数应用@@来说@@，无需在@@@@ VIN 上@@设置保护@@性箝位电路@@，从@@而@@进一步简化电路板设计@@@@。

准确和@@快速的@@过压及欠压@@保护@@@@

LTC4365 中@@两个@@@@准确@@ (±1.5%) 的@@比较器用于@@监视@@ VIN上@@的@@@@过压@@ (OV) 和@@欠压@@@@ (UV) 状况@@。如@@果@@输入电压@@分别升至@@@@ OV 门限以@@上@@@@或@@降至@@@@ UV 门限以@@下@@@@@@，则@@外部@@@@ MOSFET 的@@栅极@@将@@快速关断@@@@。外部@@阻性分压器允许用户选择@@一个@@与@@@@ VOUT 上@@的@@@@负载相兼容的@@输入电源@@范围@@。此外@@，UV 和@@ OV 输入还具有@@@@非常低的@@漏电流@@@@ (在@@ 100°C 时@@通常@@ <1nA)，因而@@可在@@外部@@阻性分压器中@@提供@@大的@@电流@@值@@@@。

图@@ 2 示出了图@@@@ 1 电路中@@的@@@@ VIN 从@@ –30V 缓慢斜坡上@@升至@@@@@@ 30V 时@@做出的@@反应@@。UV 和@@ OV 门限被分别设定为@@ 3.5V 和@@ 18V。当@@电源@@电压@@位于@@ 3.5V 至@@ 18V 窗口之内@@时@@@@， VOUT 跟随@@ VIN。若超出该@@窗口时@@@@，LTC4365 将@@ 关断@@ N 沟道@@ MOSFET，并使@@ VOUT 与@@ VIN 断接@@，即@@使在@@@@VIN为负值@@的@@情况@@下@@也不例外@@。

图@@ 2：当@@ VIN 从@@ –30V上@@升至@@@@ 30V 时@@的@@负载保护@@@@

新颖的@@电源@@反向保护@@@@

LTC4365 运用了一种新颖的@@负电源@@保护@@电路@@。当@@ LTC4365 在@@ VIN 上@@检测到@@负电压@@@@，它迅速将@@@@ GATE 引@@ 脚连接@@至@@@@ VIN。在@@ GATE 与@@ VIN 电压@@之间@@没有@@二极管@@压降@@。当@@外部@@@@ N 沟道@@ MOSFET 的@@栅极@@处于最负电位@@ (VIN)时@@，从@@VOUT至@@VIN上@@负电压@@的@@漏电流@@极小@@。

图@@ 3 示出了当@@@@ VIN 带电插入至@@@@ –20V 时@@出现的@@状况@@@@。在@@连接@@的@@前一刻@@，VIN、VOUT 和@@ GATE 以@@地电位为起始点@@。由@@于@@ VIN 和@@ GATE 连接@@线的@@寄生电感之原@@因@@，VIN 和@@ GATE 引@@脚@@上@@的@@@@电压@@@@将@@显著地变至@@@@ –20V 以@@下@@@@。外部@@ MOSFET 必须具有@@@@一个@@@@可安全承受该@@过@@ 冲的@@击穿电压@@@@指标@@。

图@@ 3：从@@ VIN 至@@ –20V 的@@热插拔@@保护@@@@

显然@@，LTC4365 反向保护@@电路的@@动作速度取决于@@ GATE 引@@脚@@在@@负电压@@瞬变期间跟随@@@@ VIN 的@@紧密程度@@。在@@所示@@的@@标度上@@@@，两者的@@波形几乎无法区分@@。请注意@@，提供@@反向保护@@并不需要@@其@@他外部@@电路@@。

还有@@更多功能@@！

AC 隔离@@、VOUT 通电时@@的@@反向@@ VIN 热插拔@@ (Hot Swap™) 控制@@ 在@@出现@@ OV 或@@ UV 故障@@之后@@ (或@@当@@@@ VIN 变至@@负值@@时@@@@)，输入电源@@必须返回有@@效的@@工作电压@@窗口并持续至@@少@@ 36ms 以@@重新接通外部@@@@ MOSFET。这将@@有@@效地隔离@@@@ 50Hz和@@60Hz的@@未整流@@AC 电源@@。

另外@@，LTC4365 还针对@@负@@ VIN 连接@@提供@@了保护@@作用@@，即@@使在@@@@ VOUT 由@@一个@@单独的@@电源@@驱动时@@也是@@@@如@@此@@。只要不超过外部@@@@ MOSFET 的@@击穿电压@@@@ (60V)，那么@@ VIN上@@的@@@@极性反接就不会对@@VOUT 上@@的@@@@20V电源@@造成影响@@。

结论@@

通过@@采用@@背对背@@@@ MOSFET (而@@并未使用@@二极管@@@@)， LTC4365 控制@@器为敏感电路提供@@了过压@@、欠压@@和@@电源@@@@ 反接的@@保护@@作用@@。电源@@电压@@只有@@在@@合格通过@@可由@@用户调节的@@@@ UV 和@@ OV 跳变门限时@@才能传送至@@输出端@@。任何超出该@@窗口的@@电压@@@@都被隔离@@@@，保护@@范围可高@@达@@ 60V和@@低至@@@@–40V。

LTC4365的@@新颖架构造就了一款外部@@组@@件极少的@@坚固型小尺寸解决方案@@@@，并可提供@@纤巧型@@ 8 引@@脚@@ 3mm x 2mm DFN 和@@ TSOT-23 封装@@。LTC4365 具有@@@@一个@@@@ 2.5V 至@@34V的@@宽工作范围@@，停机期间仅消耗@@10µA。

来源@@：亚德诺半导体@@

电路保护@@@@

穿越周期@@，保护@@器件@@@@市场韧性最强@@

judy — Mon, 25 Sep 2023 09:54:55 +0000

自@@2020年@@至@@今@@，在@@一系列@@市场因素和@@供需错配的@@影响下@@@@，半导体行业经历了@@“芯片荒@@-结构@@荒@@-去库存@@”的@@量价关系变动@@。

尤其@@是@@@@自@@@@2022年@@下@@半年@@以@@来@@，包括@@存储芯片@@、微控制@@器芯片@@、模拟芯片等@@在@@内@@的@@大部分芯片品类价格下@@跌@@、行业库存高@@企@@，让整个@@供应链都措手不及@@，宣告了行业整体进入了周期下@@行阶段@@。

直到@@@@2023年@@，半导体行业仍受需求@@侧@@逆风困扰@@。伴随全球半导体市场的@@低迷@@，削减资本支出正在@@成为行业头部大厂的@@应对之策@@。

高@@盛发布报告指出@@，行业仍旧处于高@@库存以@@及@@终端需求@@持续疲软态势@@，产业链厂商业绩承压@@。三季度至@@今@@，半导体周期拐点未能如@@期出现@@，同时@@@@，往往提前反应的@@资本市场资金也没有@@明显动作@@，多项信号预示本轮半导体周期下@@行期迟迟还未得到@@缓解@@。

据@@TechInsights数据@@显示@@，继@@2021 年@@半导体资本支出增长@@35%，2022年@@增长@@15%以@@后@@，预测@@2023年@@半导体资本支出将@@下@@降@@14%。

然而@@@@，在@@半导体行业下@@行压力下@@@@，有@@一个@@细分赛道却表@@现的@@@@“与@@众不同@@”，相比其@@他市场量价齐跌的@@不利形势@@，该@@市场价格连续几个@@季度都处于上@@扬态势@@，在@@半导体周期中@@表@@现出顽强韧性@@。

保护@@器件@@@@，韧性凸显@@

这个@@@@赛道就是@@电路保护@@@@器件@@市场@@。

从@@Arrow发布的@@市场趋势预测@@报告也能看到@@@@，保护@@器件@@@@产品价格在@@过去几个@@季度以@@来一直处于抬升状态@@，市场表@@现出色@@。

众所周知@@，电路安全保障通常由@@电路控制@@器件@@和@@电路保护@@@@器件@@共同完成@@。

其@@中@@@@，，电路保护@@@@器件@@是@@指安装在@@电路中@@@@，当@@电路出现过电流@@@@、过电压@@或@@过热等@@非正常运作情形时@@@@，自@@动触发相关功能部位的@@熔断@@、电阻突变或@@其@@他物理变化@@，从@@而@@切断电路或@@抑制电流@@@@、电压@@的@@突变@@，起到@@保护@@电路和@@用电设备@@安全的@@一类器件@@@@。

目前@@，常见的@@电路保护@@@@元器件@@主要有@@过电压@@保护@@@@、过电流@@保护@@和@@过温保护@@三种@@：

1. 过电压@@保护@@元器件@@主要有@@瞬态电压@@抑制器@@@@TVS、压敏电阻@@、浪涌保护@@器@@、气体放电管@@、半导体放电管等@@@@，用于@@保护@@电路免受闪电@@、雷击@@、工业@@过电压@@@@、静电感应@@、核磁辐射等@@瞬间产生的@@高@@压或@@浪涌电压@@@@。

2. 过电流@@保护@@元器件@@主要有@@熔断器@@@@、温度系数热敏电阻@@、熔断电阻器等@@@@，用于@@防止@@电路电流@@超过预订最大值@@@@，进而@@产生过高@@温度烧坏元器件@@@@、设备@@，甚至@@@@引@@起火灾@@。

3. 过温保护@@元器件@@主要有@@热熔断体@@@@（又称温度保险丝@@、热熔断体@@）和@@温控器等@@@@，用于@@预防电子产品在@@非正常运作中@@过热@@，切断电路以@@避免火灾发生@@。

电路保护@@@@器件@@是@@各种电路系统@@的@@@@安全性@@188足彩外围@@app ，下@@游应用@@广泛@@，凡是@@用电的@@产品均需要@@用到@@电路保护@@@@器件@@@@，下@@游行业的@@发展将@@将@@不断带动电路保护@@@@器件@@市场需求@@的@@持续增长@@。

随着@@新型工业@@化及新型基础设施建设所带动的@@新一代通讯@@技术@@、新能源@@汽车@@@@、清能源发电@@、储能@@、物联网@@@@、轨道交通@@、大数据@@@@中@@心@@、工业@@互联网@@等@@新产业的@@不断快速发展@@，电路保护@@@@器件@@应用@@市场不断拓宽并深化@@，电力电子设备@@更进一步的@@大规模应用@@也带动了电力电子保护@@器件@@@@的@@需求@@@@@@。

据@@市场调研机构统计@@，2020年@@全球电路保护@@@@元器件@@市场规模约为@@215.8亿美元@@，预计@@到@@@@2026年@@将@@达到@@@@286.5亿美元@@。

其@@中@@@@，中@@国电路保护@@@@市场一直是@@全球市场增长的@@重要推动力之一@@。未来@@随着@@中@@国@@5G、智能汽车@@@@、新能源@@等@@领域的@@部署范围逐渐扩大@@，预计@@在@@@@2026年@@中@@国电路保护@@@@市场规模将@@达到@@@@456.0亿元@@人民币@@，年@@均复合增长率为@@9.1%，市场版图@@较为广阔@@。

而@@对于@@保护@@器件@@@@价格的@@攀升@@，不难理解为@@，市场需求@@是@@驱动其@@保持韧性的@@关键所在@@@@，是@@保护@@器件@@@@市场维持景气度的@@核心@@。

需求@@，保护@@器件@@@@市场景气度的@@核心@@

市场驱动@@，TVS迎大幅增长@@

瞬态电压@@抑制器@@，简称@@TVS，是@@一种二极管@@形式的@@高@@效能保护@@器件@@@@@@，当@@TVS二极管@@受到@@瞬态高@@能量冲击时@@@@，TVS能以@@极快的@@响应时@@间@@（亚纳秒@@级@@）将@@其@@两极间的@@高@@阻抗变为低阻抗@@，吸收@@高@@达数千瓦的@@浪涌功率@@@@，使两极间的@@电压@@@@稳定@@在@@安全值@@@@，有@@效地保护@@电子线路中@@的@@精密元器件@@@@，免受静电@@、瞬态高@@压等@@各种浪涌脉冲的@@损坏@@。

TVS具有@@@@响应速度快@@、瞬态功率@@大@@、漏电流@@低@@、击穿电压@@偏差小@@、箝位电压@@较易控制@@@@、无损坏极限@@、体积小等@@优点@@，是@@业内@@普遍使用@@的@@一种新型高@@效电路保护@@@@器件@@@@，有@@助于提高@@整个@@系统@@的@@@@防静电@@/抗浪涌电流@@能力@@。其@@下@@游应用@@市场十分广泛@@，包括@@消费类电子@@、家电@@、安防@@、网@@络通信@@@@、工业@@设备@@@@、汽车@@电子@@等@@众多领域@@，市场空间@@大@@，2022年@@国内@@@@@@TVS二极管@@市场规模为@@72.96亿元@@。

回顾@@TVS的@@发展历程@@，随着@@下@@游产业不断发展@@，为保证产品性能稳定@@性@@，市场对电路保护@@@@元器件@@的@@@@品质要求@@不断提高@@@@，集成电路芯片呈现出小型化@@趋势@@，线宽变窄@@，同时@@@@追求更高@@的@@@@集成度和@@更低的@@工作电压@@@@，致使集成电路芯片变得更加@@敏感@@，极易受到@@静电和@@浪涌冲击@@，造成损坏@@，TVS技术门槛随之不断提升@@。

采用@@单个@@@@PN节结构@@@@、工艺简单的@@普通@@TVS二极管@@，因性能@@、精度@@、灵敏度等@@方面的@@限制@@已无法满足集成电路芯片发展中@@新提出的@@防静电和@@浪涌冲击的@@保护@@要求@@@@，于是@@新型的@@具备漏电小@@、钳位@@电压@@@@低@@、响应时@@间快@@、抗静电能力强且兼具防浪涌能力等@@特点的@@用于@@@@ESD（静电放电@@）保护@@的@@@@TVS在@@近十几年@@被开发出来并不断创新升级@@。

相较于普通@@TVS二极管@@，ESD保护@@器件@@@@对结构@@设计@@和@@工艺要求@@更高@@@@，结构@@更加@@复杂@@，一般设计@@成多路@@PN结集成结构@@@@，采用@@多次外延@@、双面扩结或@@沟槽设计@@@@。ESD保护@@器件@@@@能够确保小型化@@的@@集成电路芯片得到@@有@@效保护@@@@，代表@@着当@@前@@TVS的@@技术水平和@@发展方向@@。

TVS/ESD保护@@器件@@@@的@@应用@@领域广泛@@，随着@@在@@@@5G基础设施和@@@@5G手机@@、电动汽车@@@@充电桩@@@@、倒车雷达@@、PC和@@工业@@电子等@@市场的@@推动下@@@@，预计@@TVS/ESD保护@@器件@@@@将@@迎来大幅度增长@@。

纵观@@TVS器件@@市场格局@@，全球市场中@@@@TVS主要生产商有@@英飞凌@@、安森美@@、意法半导体@@、恩智浦@@、东芝@@、Semtech、Vishay、Littelfuse、Bourns等@@。国内@@@@TVS生产商主要有@@韦尔股份@@、安世半导体@@、东沃电子@@、强茂半导体@@、士兰微@@、扬杰科技@@、华微电子等@@相关企业@@。为满足市场日@@益提高@@的@@@@要求@@@@@@，未来@@TVS行业技术还将@@不断进步@@，拥有@@强大研发@@、创新能力的@@企业更具发展前景@@。

压敏电阻@@、气体放电管@@：市场需求@@旺盛@@

除了@@TVS之外@@，压敏电阻@@和@@放电管作为@@过压保护@@器件@@@@的@@主要产品类别@@，也在@@迎来新的@@发展空间@@@@。

压敏电阻@@一般并联@@在@@电路中@@使用@@@@，当@@电阻两端电压@@发生急剧变化时@@@@，电阻短路@@将@@电流@@保险丝熔断@@，起到@@保护@@作用@@。具体而@@言@@，压敏电阻@@在@@电路中@@常用于@@电源@@过压保护@@和@@稳压@@。

压敏电阻@@行业主要有@@以@@下@@@@两方面特点@@：第一@@，需求@@拉动明显@@。随着@@电子应用@@终端的@@高@@频化@@、智能化及高@@端化@@发展@@，以@@及@@受益于汽车@@电子@@@@、工控@@、5G通讯@@、大数据@@@@、物联网@@@@、新能源@@及新兴产业等@@下@@游市场需求@@拉动@@，终端产品元器件@@数量的@@市场需求@@将@@持续增加@@@@@@；第二@@，行业发展需要@@通过@@新设备@@@@、新配方@@、新工艺@@的@@探索与@@开发@@，优化成本@@，提升压敏电阻@@本体的@@梯度@@，提升电极端的@@可焊性@@，提升包封材料的@@耐高@@温@@、高@@湿性@@，提升整体@@188足彩外围@@app 的@@耐火和@@防爆性能@@。

近年@@来@@，压敏电阻@@器@@件需求@@量一直保持增长态势@@，尤其@@是@@@@高@@端压敏电阻@@增长较快@@。随着@@工业@@@@自@@动化@@、汽车@@电子@@、医疗设备@@等@@下@@游市场快速发展@@，对体积小@@、性能高@@的@@@@高@@端压敏电阻@@需求@@不断增加@@@@@@。

另外@@，放电管是@@一种使用@@于设备@@输入端的@@高@@压保护@@@@188足彩外围@@app 。若其@@两端的@@电压@@@@高@@过其@@保护@@规格值@@时@@@@，其@@内@@部会出现短路@@现象@@，并吸收@@掉输入的@@过高@@压@@。

其@@中@@@@作为@@放电管的@@主要类别@@，气体放电管@@（GDT）是@@一种浪涌保护@@元器件@@@@，具有@@@@泄流能力大@@、电容小@@、绝缘电阻高@@等@@特点@@，常与@@瞬态电压@@抑制二极管@@@@、齐纳二极管@@@@、压敏电阻@@等@@器件@@混合使用@@@@，使其@@充分发挥各类器件@@的@@@@长处@@，使电路得到@@优化保护@@@@。

气体放电管@@主要用来保护@@通信@@系统@@@@、交通信@@号系统@@@@、计算机数据@@系统@@以@@及@@各种电子设备@@的@@外部@@电缆@@、电子仪器的@@安全运行@@。同时@@@@，气体放电管@@也是@@@@电路防雷击@@及瞬时@@过压的@@保护@@@@188足彩外围@@app 。

未来@@，GDT将@@向小型化@@@@、片式化@@、高@@通流密度@@、低成本@@的@@方向发展@@。随着@@5G基站@@、数据@@中@@心等@@建设进程加@@快@@，以@@及@@工业@@@@物联网@@@@@@@@、电力设备@@@@、新基建等@@行业的@@发展@@，预计@@未来@@几年@@@@GDT行业将@@继@@续保持高@@速增长@@，行业发展前景广阔@@，高@@端化@@GDT为行业发展的@@主流趋势@@。

但@@从@@行业格局来看@@，目前@@我国气体放电管@@市场仍由@@国外企业占据@@主导地位@@，未来@@本土企业还需不断优化产品性能与@@提升技术水平@@，推动行业朝小型化@@@@、高@@端化@@、高@@通流密度@@化等@@方向不断升级@@，进而@@促使国内@@@@市场国产化水平不断提升@@，行业发展潜力巨大@@。

熔断器@@：技术变革@@+市场放量的@@双重机遇@@

在@@过流保护@@器件@@@@中@@@@，熔断器@@是@@最主要的@@电流@@保护@@器件@@@@类型之一@@。有@@数据@@显示@@@@，2020年@@全球熔断器@@市场规模为@@18.75亿美元@@，占全球电路保护@@@@器件@@市场规模的@@@@30.66%。

熔断器@@是@@对电路进行过电流@@保护@@的@@@@器件@@@@@@。工作时@@@@，熔断器@@串接在@@电路中@@@@，负载电流@@流经熔断器@@@@。当@@电路发生短路@@或@@过载@@过电流@@的@@热效应使熔体熔化@@、气化产生断口@@，断口产生电弧@@，熔断器@@通过@@熄灭电弧切断故障@@电路@@，起到@@电路保护@@@@的@@作用@@。

熔断器@@属于消费电子@@、家电@@等@@产品的@@必备电力电子器件@@@@，对于@@智能手机@@@@、笔记本电脑@@、空调等@@设备@@的@@电路保护@@@@起到@@了@@基础性作用@@，是@@熔断器@@最主要的@@产品类型@@；工业@@、汽车@@熔断器@@产品单价较高@@@@，近年@@来@@光伏储能@@@@、电动汽车@@@@行业发展迅速@@，工业@@和@@汽车@@熔断器@@的@@重要性逐渐提升@@。

以@@汽车@@电子@@为例@@，汽车@@用熔断器@@分为低压@@和@@高@@压两部分@@，汽车@@低压@@熔断器@@应用@@电压@@一般低于@@ 60VDC，主要是@@电子熔断器@@对车用的@@低压@@负载进行保护@@@@，如@@车灯@@、车窗电机@@、雨刷器电机@@、喇叭等@@这类保护@@在@@传统车辆和@@新能源@@汽车@@@@上@@均有@@应用@@@@。高@@压保护@@主要适用于@@@@新能源@@汽车@@@@@@，应用@@电压@@一般为@@ 60V DC-1500V DC，主要是@@电力熔断器@@对主回路和@@辅助回路进行保护@@@@。

随着@@新能源@@车高@@压趋势显现@@，相比较传统汽车@@@@，高@@压过电流@@保护@@催生@@10倍@@单车价值@@增长@@，熔断器@@有@@望享受技术变革@@@@+市场放量双重机遇@@。

与@@此同时@@@@@@，技术变革@@催生价值@@提升@@。

特斯拉引@@领智能熔断器@@研发新趋势@@，在@@电动车@@智能化进程中@@保障安全@@。2020年@@特斯拉一改传统的@@被动型熔断器@@@@，自@@行研发了主动型的@@智能熔断器@@@@Pyrofuse用于@@Model 3中@@，当@@发生@@碰撞@@、短路@@或@@其@@他安全故障@@时@@@@，Pyrofuse可以@@在@@很短的@@时@@间@@内@@切断电源@@@@@@，降低@@危险发生的@@概率@@。和@@传统熔断器@@不同@@，Pyrofuse实现了@@从@@被动的@@熔断器@@防护@@@@，变成了主动的@@@@BMS防护@@，将@@响应速度有@@望降至@@@@1-3ms。

目前@@除了@@特斯拉实现配套外@@，大众@@、吉利等@@企业在@@新能源@@车和@@快充领域均开始布局相应技术@@。随着@@高@@压化趋势下@@对于@@新能源@@车的@@安全性要求@@更加@@提升@@，主动性熔断器@@或@@将@@是@@未来@@主要发展趋势@@。

此外@@，双碳愿景下@@新能源@@装机持续提升@@，熔断器@@市场也将@@有@@望快速放量@@。

有@@观点指出@@，相比较新能源@@车@@，新能源@@发电领域的@@对于@@电流@@保护@@需求@@的@@潜力增速将@@更大@@，在@@碳中@@和@@转型道路上@@@@，储能@@有@@望后来居上@@成为推动电力熔断器@@继@@续指数式增长的@@关键@@。

综合来看@@，随着@@新能源@@车进入个@@人消费时@@代@@，双碳愿景助推风光装机的@@快速提升@@，新能源@@领域对于@@电路保护@@@@的@@需求@@@@将@@保持高@@速增长@@，相比传统家电@@领域增速放缓@@，新能源@@领域的@@高@@速增长将@@助推熔断器@@终端市场的@@结构@@性变革@@，熔断器@@有@@望成为新能源@@行业中@@小而@@美的@@细分赛道@@。

同时@@@@，随着@@上@@述新兴产业的@@快速发展@@，高@@电压@@平台化趋势下@@将@@对熔断器@@性能@@、可靠性@@、智能化等@@提出更高@@的@@@@要求@@@@@@，这将@@成为推动熔断器@@行业发展的@@新一轮驱动力@@。

熔断器@@作为@@电路保护@@@@器件@@中@@@@应用@@最为广泛的@@器件@@@@之一@@，直接关乎到@@用电安全客户对于@@产品的@@性能@@、质量@@、可靠性@@有@@着较高@@的@@@@要求@@@@@@，客户稳定@@性@@+长认证@@周期是@@新玩家重要进入壁垒@@。

从@@市场格局来看@@，国际品牌依旧占据@@主导地位@@，目前@@全球主要参与@@者为@@ Littelfuse、Bussmann、Mersen、PEC、SCHURTER 等@@国外厂商@@，国内@@@@熔断器@@生产商普遍经营规模较小@@。

不过@@，近年@@来@@，随着@@国产品牌发力@@，外资熔断器@@品牌的@@市场逐渐被蚕食@@。

一方面@@，随着@@中@@国市场需求@@空间@@的@@逐渐释放@@，全球知名电路保护@@@@器件@@制造商均扩大了在@@中@@国的@@生产规模及市场投入@@，在@@中@@国设立生产基地或@@经销渠道@@。国际电路保护@@@@器件@@生产向中@@国的@@转移@@，不仅扩大了市场规模@@，更将@@先进技术带入我国@@，迅速提高@@了中@@国电路保护@@@@器件@@行业的@@整体水平@@。

另一方面@@@@，随着@@新能源@@汽车@@@@等@@高@@压熔断器@@领域的@@新兴发展@@，国内@@@@龙头企业技术已接近@@国外品牌的@@水平@@，在@@市场占有@@率上@@甚至@@@@超过了一直处于垄断地位的@@国外品牌@@。

在@@市场高@@速发展@@+国产化进程推进态势下@@@@，在@@新能源@@细分领域具备技术储备和@@客户拓展资源优势的@@国内@@@@厂商@@，有@@望趁时@@代东风在@@市场快速增长的@@蓝海时@@期享受到@@先发优势的@@红利@@。

根据@@@@中@@商产业研究院发布的@@@@《2023年@@中@@国熔断器@@行业研究报告@@》数据@@显示@@，2022年@@中@@国熔断器@@市场规模约为@@27亿元@@，同比增长@@17.4%，并预测@@@@2023年@@我国熔断器@@市场规模将@@达@@31亿元@@，市场空间@@广阔@@。

展望未来@@@@，新兴产业的@@不断发展正加@@快促进熔断器@@产品的@@升级迭代@@，熔断器@@的@@下@@游产品向小型化@@@@、集成化@@的@@趋势发展@@，且所要求@@的@@安全性能越来越高@@@@，如@@何在@@缩小熔断器@@体积的@@情况@@下@@@@，保持或@@提高@@熔断器@@的@@分断能力成为熔断器@@生产商竞争力的@@体现@@，行业厂商需抓住发展机遇@@，不断加@@大技术投入@@，开发新材料@@、新工艺@@，引@@入智能化元素@@，研发新型产品@@，以@@技术创新引@@领市场需求@@@@。

过热保护@@器件@@@@@@，迎来新增长点@@

在@@过温保护@@器件@@@@领域@@，热熔断体@@和@@温控器是@@主要产品@@。

热熔断体@@，又称温度保险丝@@，是@@一种装有@@感温@@188足彩外围@@app 的@@一次性动作而@@不可复位的@@过热保护@@元器件@@@@。当@@用电设备@@发生过热故障@@时@@@@，导致电路温度升高@@至@@设定的@@保护@@值@@@@，热熔断体@@将@@自@@动熔断@@，实现电路的@@自@@动断开@@，并不可复位@@，从@@而@@实现对电路的@@过热保护@@@@，防止@@用电设备@@安全事故的@@发生@@。

从@@下@@游应用@@占比来看@@，全球及中@@国热熔断体@@主要应用@@还是@@在@@家用电器领域@@，但@@是@@@@在@@汽车@@电子@@及通讯@@设备@@方面的@@占比越来越高@@@@，有@@望成为未来@@新的@@增长点@@。

市场竞争格局方面@@，早期国内@@@@热熔断体@@进口依赖严重@@，国产化进程推进后@@，国内@@@@本土骨干企业完成了热熔断体@@的@@国产化进程@@，逐渐抢占国外品牌在@@中@@国的@@市场份额@@，基本实现了@@进口替代@@。

而@@温控器@@，则@@根据@@@@工作环境的@@温度变化@@，在@@开关内@@部发生物理形变@@，从@@而@@产生某些特殊效应@@，产生导通@@或@@者断开动作的@@一系列@@自@@动控制@@@@188足彩外围@@app ，或@@者电子原@@件在@@不同温度下@@@@，工作状态的@@不同原@@理来给电路提供@@温度数据@@@@，以@@供电路采集温度数据@@@@。

随着@@下@@游应用@@市场的@@不断发展@@，温控器产品广泛应用@@于@@家用电器@@、汽车@@、工业@@设备@@@@、电动工具等@@领域@@，且随着@@工业@@@@温控@@、储能@@温控@@、新能源@@车热管理@@、IDC机房温控等@@下@@游领域稳步增长@@。温控行业发展迅速@@，不断产生新的@@市场需求@@@@。

在@@这个@@@@过程中@@@@，温控器市场的@@技术发展也正在@@迎来新的@@变革@@，其@@中@@@@包括@@无线技术@@、物联网@@@@技术@@、云计算技术等@@@@，可以@@大大改善和@@提升温控器系统@@的@@@@运作效率和@@节能减排效果@@，在@@市场竞争中@@不断提高@@技术优势@@。

除此之外@@@@，制造工艺方面@@，温控器制造工艺的@@改进也伴随着@@时@@代的@@发展而@@不断变化@@，智能化的@@技术及设备@@应用@@也将@@拉动温控器产品制造水平的@@增长@@，提升温控器效能和@@外观质量@@@@，同时@@@@也提升了温控器市场产品价值@@@@。

技术变革@@，催生保护@@器件@@@@价值@@提升@@

不难看到@@@@，作为@@电子信息产业重要的@@配套行业@@，电路保护@@@@器件@@应用@@广泛@@，存在@@较大的@@市场需求@@@@。这也是@@@@保护@@器件@@@@能够穿越周期@@@@，保持市场韧性的@@关键所在@@@@。

同时@@@@，随着@@科技的@@快速发展@@，物联网@@@@、新能源@@、智能电网@@@@、轨道交通@@、通信@@、数字技术等@@正推动电子电力行业发生革命性变革@@，应用@@于@@电子电力行业的@@保护@@器件@@@@产品也在@@同步发生变革@@。

具体而@@言@@，伴随新兴技术和@@应用@@市场的@@变化@@，轻量化@@、小型化@@、集成化@@、智能化等@@已成为电路保护@@@@器件@@的@@@@主流发展趋势@@。业内@@企业需要@@结合不同应用@@领域产品的@@发展趋势@@，不断提升研发投入水平@@，在@@保证产品质量@@稳定@@性及一致性的@@前提下@@@@，及时@@响应客户最新需求@@@@，才可以@@在@@未来@@的@@竞争中@@取得优势地位@@。

综上@@@@，在@@诸多下@@游产业的@@带领下@@@@，保护@@器件@@@@市场潜力较大@@，相关行业厂商应把@@握好这一市场机遇和@@时@@间窗口@@。而@@艾睿电子作为@@行业领先的@@电子产品及相关服务的@@供应商@@，上@@游资源丰富@@，在@@TVS、ESD器件@@、压敏电阻@@、气体放电管@@、热熔断体@@等@@领域拥有@@诸多物料和@@资源@@，与@@Littelfuse、Vishay、Bourns、TDK、Onsemi、ST等@@优质企业深度合作@@，确保客户拥有@@一个@@稳健性和@@韧性都很高@@的@@@@供应链@@。

(本文章由@@@@SupplyFrame提供@@, 对于@@文章中@@相关的@@分析@@、市场预测@@@@等@@信息仅供参考@@, 艾睿电子不对任何文章内@@的@@资料因不充分@@、不完整或@@未能提供@@特定资料产生的@@任何损失承担任何责任@@。图@@片及封面由@@摄图@@网@@提供@@@@)

本文转载自@@@@：Arrow Solution

“1加@@1大于@@4”的@@电路保护@@@@设计@@@@

judy — Mon, 12 Jun 2023 07:34:52 +0000

通过@@增加@@@@电子元器件@@@@以@@提供@@电路保护@@@@@@，来防止@@内@@部和@@外部@@故障@@是@@吃力不讨好的@@设计@@工作之一@@，这类似于购买保险@@。尽管遵循监管要求@@和@@最佳实践是@@不错的@@出发点@@，但@@当@@不需要@@时@@@@，它似乎是@@一个@@额外的@@负担@@;而@@当@@确实需要@@时@@@@，又很难知道保护@@是@@否足够到@@位@@。需要@@保护@@的@@@@最常见故障@@类别包括@@由@@内@@部或@@外部@@短路@@@@、浪涌和@@元器件@@故障@@引@@起的@@各种过压事件@@@@。

共有@@以@@下@@@@三种基于@@元器件@@的@@@@过压保护@@策略@@：

1.通过@@一个@@开关将@@相关的@@过电流@@转接到@@地@@，一旦超过阈值@@电压@@@@，该@@开关将@@变为非常低的@@阻抗@@;

2.通过@@保护@@线路两端的@@电压@@@@钳位@@器耗散掉多余的@@能量@@;

3.当@@超过电压@@阈值@@时@@@@，以@@类似熔断器@@的@@动作断开受影响的@@线路@@。

有@@许多元器件@@可用于@@@@实施这些@@保护@@策略@@。其@@中@@@@有@@些元器件@@在@@故障@@发生时@@可以@@充当@@撬棍@@和@@临时@@短路@@线@@(图@@1)，有@@些则@@充当@@钳位@@器@@，将@@瞬态电压@@限制@@在@@预设限值@@@@，直到@@@@故障@@消失@@(图@@2)。请注意@@，“撬棍@@”一词可以@@追溯到@@早期的@@电力系统@@时@@代@@，当@@时@@工人们真的@@会将@@金属撬棍@@放在@@失控的@@电源@@总线上@@以@@使其@@短路@@@@。

图@@1：当@@撬棍@@保护@@功能触发时@@@@，它会在@@受保护@@的@@@@线路和@@地之间@@形成一条低阻抗路径@@，从@@而@@将@@过电压@@浪涌转接到@@地@@。本文资料来源@@@@：Bourns

图@@2：与@@撬棍@@相比@@，钳位@@则@@是@@将@@过压浪涌限制@@在@@预定值@@@@。

在@@众多保护@@选项中@@@@，有@@气体放电管@@@@(GDT)、晶闸管@@、金属氧化物压敏电阻@@@@(MOV)和@@多层压敏电阻@@@@(MLV)、瞬态电压@@抑制器@@(TVS)甚至@@@@齐纳二极管@@@@等@@等@@@@。通常会看到@@其@@中@@@@几种器件@@组@@合起来使用@@@@，以@@提供@@完整性保护@@@@，并在@@@@取长补短的@@关系中@@弥补每种器件@@的@@@@固有@@缺点@@。显然@@，还有@@很多故障@@类型@@、保护@@元器件@@类型及其@@保护@@方式@@。

举例来说@@，为了提供@@一种几乎没有@@泄漏电流@@从@@而@@能延长使用@@寿命的@@过压保护@@解决方案@@@@，设计@@人员通常会采用@@双元器件@@布局@@。这种混合方法整合了两个@@@@分立@@元器件@@@@：串联的@@@@GDT和@@MOV(图@@3)，它们有@@着组@@合的@@电压@@@@@@-时@@间曲线@@(图@@4)。很显然@@@@，这种双元器件@@方法需要@@更多的@@电路板@@“空间@@”，并在@@@@物料清单@@(BOM)中@@多添加@@一个@@元器件@@@@。

图@@3：GDT和@@MOV的@@串联使用@@提供@@了一种更有@@效的@@过压保护@@解决方案@@@@。

图@@4：GDT+MOV混合布局的@@响应与@@时@@间关系充分展示了它如@@何整合每个@@器件@@的@@@@基本响应属性@@。

但@@还有@@一个@@更大的@@问题和@@复杂性@@：MOV和@@GDT区域的@@电路板布局通常受制于定义最小爬电距离和@@电气间隙的@@监管要求@@@@。间隙是@@空气@@中@@两个@@@@导电部件之间@@的@@最短距离@@;爬电距离是@@指两个@@@@导电部件之间@@沿着固体绝缘材料表@@面的@@最短距离@@。

这些@@距离将@@随着@@电压@@的@@增加@@@@而@@增加@@@@@@。因此@@，MOV和@@GDT元器件@@在@@实际的@@电路板布局时@@又增加@@@@了另一个@@需要@@关注和@@约束的@@点@@。

最近@@，看到@@一种相对较新的@@保护@@器件@@@@@@，它是@@两个@@@@现有@@器件@@的@@@@组@@合@@，但@@不光是@@两个@@@@分立@@元器件@@的@@@@简单@@、明显的@@合并封装@@@@。Bourns公司的@@@@IsoMOV系列@@混合保护@@系列@@产品中@@的@@器件@@@@就是@@将@@@@MOV和@@GDT整合在@@一个@@封装@@中@@@@，能提供@@与@@分立@@@@MOV和@@GDT串联等@@效的@@功能@@(图@@5)。

图@@5：IsoMOV的@@原@@理图@@符号@@(右@@)显示为两个@@@@器件@@各自@@标准@@符号的@@合并@@。

看一下@@@@IsoMOV的@@结构@@就会发现@@，它不仅仅是@@简单的@@将@@@@MOV和@@GDT共同封装@@在@@一个@@共享外壳中@@@@，而@@是@@将@@两者有@@机的@@整合在@@一起@@，形成了功能上@@与@@分立@@@@MOV和@@GDT串联等@@效的@@效果@@@@(图@@6)。

图@@6：IsoMOV的@@物理结构@@是@@一种完全不同的@@混合功能实现@@。

内@@核组@@装完成后@@，还需连接@@引@@线并涂上@@环氧树脂@@。结果是@@一个@@大家熟悉的@@径向圆盘型@@MOV封装@@，它仅比类似额定值@@的@@传统器件@@稍厚且直径更小@@(图@@7)。此外@@，由@@于@@采用@@了专利设计@@正在@@申请中@@的@@新型金属氧化物技术@@，这个@@@@IsoMOV元器件@@在@@相同尺寸下@@还具有@@@@更高@@的@@@@额定电流@@@@，而@@且@@消除了@@占位面积问题和@@爬电距离@@/间隙问题@@。

图@@7：IsoMOV的@@径向引@@线盘封装@@看起来像标准@@@@MOV，但@@它比单个@@等@@效的@@@@MOV体积更小@@，额定电流@@更高@@@@。

这种电路保护@@@@器件@@不仅仅是@@@@“两全其@@美@@”，因为@@该@@设计@@还有@@其@@他优势@@。MOV故障@@(是@@的@@@@，它们具有@@@@众所周知@@的@@各种故障@@模式@@)通常以@@金属化区域边缘的@@所谓@@“浪涌孔@@”为特征@@，这通常是@@由@@浪涌期间该@@边缘的@@@@MOV内@@部温度升高@@引@@起的@@@@。Bourns公司表@@示@@@@，这项技术旨在@@大幅减少或@@消除这种故障@@模式@@。

当@@组@@合产品不仅仅是@@其@@组@@成部分的@@简单累加@@时@@@@，它总会让人感兴趣@@。在@@这里@@，除了@@明显节省空间@@外@@，这种组@@合还能提供@@性能和@@法规遵从@@方面的@@优势@@。退后一步说@@，想想能够@@“开箱即@@用@@”(实际上@@@@，这里是@@@@“入箱即@@用@@”)，并查看内@@部结构@@细节后发现@@，这种保护@@器件@@@@确实具有@@@@实实在@@在@@的@@好处@@。

我们经常看到@@通过@@合并封装@@来实现更高@@水平的@@功能集成@@，从@@而@@形成更小的@@@@外壳或@@芯片@@，这通常是@@一件好事@@，但@@有@@时@@在@@性能折衷方面也有@@不利之处@@。但@@是@@@@，这里的@@情况@@似乎并非如@@此@@。事实上@@@@，这是@@我近年@@来@@第二@@次看到@@小型非@@IC元器件@@出现这种情况@@。有@@些供应商已经在@@一个@@外壳中@@设计@@了可充电电池@@和@@超级电容器的@@组@@合@@，它们提供@@的@@可不光是@@更小的@@@@共同封装@@@@，而@@是@@对器件@@构造和@@物理特性的@@根本性再思考@@。其@@结果远远优于两个@@@@单独的@@能量存储元器件@@之和@@@@，实现了@@“一加@@一大于@@四@@”的@@效果@@!

双栅结构@@@@ SiC FETs 在@@电路保护@@@@中@@的@@应用@@@@

judy — Tue, 27 Dec 2022 02:41:27 +0000

文章来源@@@@：UnitedSiC

2022 年@@ 12 月@@ 6 - 7 日@@，中@@国电工技术学会低压@@电器专业委员会第二@@十一届学术年@@会@@、第十七届中@@国智能电工技术论坛暨固态新型断路器@@技术发展及应用@@国际研讨会@@（第二@@季@@）于江苏常州顺利召开@@。作为@@一场行业盛会@@，该@@会议主要围绕固态@@/混合式新型断路器@@的@@最新技术@@、前沿标准@@@@、全新检测业务方向等@@相关解决方案@@进行深入研讨@@。

Qorvo 公司的@@@@高@@级应用@@工程师敬勇攀@@也在@@@@ “固态断路器@@@@国际论坛@@”上@@发表@@了题为@@《双栅结构@@@@ Sic FETs 在@@电路保护@@@@中@@的@@应用@@@@》的@@演讲@@。

Qorvo 高@@级应用@@工程师敬勇攀@@

据@@介绍@@@@，Qorvo 是@@一家专注于射频领域@@，在@@包括@@@@ 5G、WiFi 和@@ UWB 等@@通信@@技术都有@@投入的@@公司@@。此外@@，Qorvo 在@@触控和@@电源@@等@@方面也有@@布局@@。如@@在@@@@ 2021 年@@领先碳化硅@@@@@@（SiC）功率@@半导体供应商@@ UnitedSiC 公司的@@@@收购@@，就扩展@@ Qorvo 在@@高@@功率@@应用@@方面的@@市场机会@@，这部分业务也被纳入了@@ Qorvo 的@@ IDP 部门@@。

敬勇攀在@@演讲中@@@@也指出@@，UnitedSiC 团队从@@@@ 1994 年@@开始就开始投入碳化硅@@@@领域的@@研究@@，截止在@@这方面有@@了@@ 23 年@@的@@投入@@。而@@早在@@@@ 2014 年@@，UnitedSiC 就已经成功量产了第四@@代@@ 1200V 和@@ 650V 的@@碳化硅@@@@@@ FETS 和@@二极管@@结构@@的@@产品@@。到@@了@@ 2018 年@@，UnitedSiC 成功在@@六吋晶圆上@@量产了第三@@代的@@@@ 1200V 和@@ 750V 碳化硅@@@@产品@@。目前@@，这些@@产品也升级到@@第四@@代@@。

“基于@@我们碳化硅@@@@产品@@的@@多样性@@，Qorvo 有@@能力在@@包括@@@@固态变压器在@@内@@的@@电力电子的@@多个@@应用@@领域发挥重要的@@作用@@。”敬勇攀说@@。

首先看汽车@@方面@@，如@@上@@图@@所示@@@@，因为@@新能源@@汽车@@@@的@@火热@@，催生了@@ SiC 的@@需求@@@@。这也是@@@@一个@@@@ SiC 拥有@@巨大潜力的@@市场@@，尤其@@是@@@@在@@@@ OBC 充电方面@@。

据@@敬勇攀介绍@@@@，现在@@市场上@@已经提供@@了有@@@@ 6.6KW - 22KW 等@@多种功率@@段的@@方案@@@@。而@@在@@这些@@方案@@的@@@@ FPC 侧@@，基本上@@都会用到@@@@ SiC 器件@@以@@提升方案@@效率@@；5KW 左@@右@@@@的@@@@ “小功率@@@@” 汽车@@充电领域@@，也会用到@@@@ SiC 产品来打造@@ DC-DC 转换器系统@@@@；在@@新能源@@汽车@@@@市场@@，牵引@@系统@@也会是@@@@ SiC 发力的@@又一个@@方向@@，例如@@@@特斯拉和@@比亚迪等@@厂商就会在@@其@@高@@端电动汽车@@@@的@@牵引@@系统@@上@@选择@@@@ SiC 方案@@，有@@助于提升其@@续航能力@@。

其@@次@@，与@@新能源@@汽车@@@@配套充电桩@@行业也是@@@@@@ SiC 能够发挥作用的@@又一个@@市场@@。而@@ Qorvo 现在@@更专注的@@是@@直流快充市场@@。在@@这个@@@@领域@@，企业基于@@@@ SiC 打造了涵盖@@ 20KW、30KW 甚至@@@@ 40KW 功率@@的@@单个@@模块@@。“现在@@国外有@@些厂商基于@@@@ 800V 母线做出了@@ 350KW 的@@充电方案@@@@，代表@@着可以@@在@@八分钟内@@就完成@@ 400 公里续航充电@@。”敬勇攀举例说@@。此外@@，充电桩@@里的@@无线充电也是@@@@@@ SiC 可以@@发力的@@又一个@@方向@@@@。

第三@@，IT 市场的@@基础设施建设也让@@ SiC 有@@了用武之地@@。如@@ Qorvo 的@@器件@@@@可以@@用在@@图@@@@腾柱的@@@@ PFC 上@@，用做功率@@因素校准等@@@@。同时@@@@，小的@@@@ DCDC 也是@@@@ SiC 的@@应用@@方向@@；第四@@，如@@光伏逆变@@、能源再生和@@能源反馈市场也是@@@@@@ SiC 看上@@的@@@@又一个@@市场@@。

最后@@，SiC 还可以@@充当@@电路保护@@@@器件@@@@，尤其@@是@@@@在@@@@固态电路中@@@@，SiC 能发挥出比较好的@@电路保护@@@@作用@@，这也是@@@@敬勇攀这次演讲的@@重点@@。

如@@下@@图@@所示@@@@，如@@果@@硅@@基器件@@要做到@@耐压@@ 650V 或@@者更高@@时@@@@，其@@所需要@@的@@晶圆面积较大@@。作为@@对比@@，SiC 基的@@器件@@@@即@@使在@@@@打造@@ 1000V 以@@上@@@@耐压的@@产品@@，其@@晶圆面积反而@@会较小@@。从@@下@@图@@右@@边硅@@@@、普通平面@@ SiC MOS 和@@ Qorvo (原@@ UnitedSiC ) 的@@ SiC Trench JFET 的@@漂移区厚度对比可以@@看到@@@@，Qorvo 的@@器件@@@@在@@尺寸上@@优势明显@@。

“如@@图@@@@所说@@，Qorvo 器件@@的@@@@漂移区厚度虽然和@@传统平面@@ SiC 器件@@的@@@@相仿@@，但@@因为@@@@ Qorvo 器件@@能把@@@@ die size 做得更小@@，这就让公司的@@@@器件@@@@拥有@@了更大的@@成本@@优势@@。这也是@@@@一直以@@来做的@@事情@@——把@@ SiC Trench JFET 和@@低压@@硅@@@@ MOS 集成到@@一起@@，做成现有@@的@@结构@@@@，使其@@在@@性能和@@成本上@@都能取得不错的@@表@@现@@。”敬勇攀在@@演讲中@@@@强调@@。

据@@敬勇攀总结@@，SiC 基器件@@拥有@@下@@面几点优势@@：

与@@硅@@基器件@@相比@@@@，SiC 器件@@的@@@@导热性能是@@前者的@@三倍@@以@@上@@@@@@；
与@@硅@@基器件@@相比@@@@，SiC 器件@@单@@ Si 面积内@@的@@耐受电压@@@@是@@前者的@@四倍@@@@；
由@@于@@ SiC 器件@@的@@@@电子漂移率是@@硅@@基器件@@的@@@@十倍@@以@@上@@@@@@，因此@@对于@@@@给定的@@耐压值@@@@，其@@每平方毫米的@@@@ RdsA 变小@@，导通@@损耗也能做得更小@@@@；
在@@不依赖于双极性传导时@@@@，SiC 具有@@@@更快的@@关闭速度和@@更低损耗@@；

再回到@@上@@面谈到@@的@@固态断路器@@@@应用@@@@。如@@下@@图@@所示@@@@，三种不同结构@@的@@@@ JFET 都适用于@@@@这个@@@@市场@@。其@@中@@@@，第一@@种基于@@碳化硅@@@@@@ JFET 型的@@常开器件@@@@，这种器件@@主要用于@@断路器@@和@@限流等@@应用@@@@，因为@@在@@这种器件@@@@，我们能直接测量@@ RDS 电压@@，那就意味着我们可以@@直接测量器件@@内@@部的@@结温@@@@，因此@@这是@@一种非常理想的@@自@@我监测型器件@@@@。

中@@间的@@这种器件@@则@@是@@@@ Casecade 结构@@，由@@ JFET SiC 和@@作为@@驱动的@@低压@@@@ MOS 两部分构成@@@@。而@@这种设计@@的@@好处是@@其@@驱动可以@@做兼容式设计@@@@，可兼容@@ IGBT、硅@@基超级结@@ MOS 和@@通用@@ SiC MOS 的@@驱动@@，能在@@设计@@的@@过程中@@给工程师提供@@非常大的@@便利@@。得益于这些@@优势@@，这种器件@@能够应用@@在@@光伏@@、充电桩@@、OBC 和@@服务器电源@@等@@应用@@中@@@@。

最右@@边的@@设计@@则@@是@@一种双门级设计@@@@，其@@最明显的@@优势体现在@@使用@@者可以@@非常轻易地控制@@@@ SiC 的@@开关速度@@，应用@@范围也囊括了断路器@@和@@刹车等@@领域@@。在@@演讲中@@@@，敬勇攀还表@@示@@@@，这种双门级结构@@拥有@@两种不同的@@驱动@@模式@@，分别是@@基于@@@@ Cascode 的@@驱动@@和@@直接驱动@@。

在@@第一@@种驱动中@@@@，如@@上@@图@@所示@@@@，这种设计@@的@@最明显的@@特点就是@@在@@@@ JFET 上@@增加@@@@了一个@@串联进门极电路的@@外部@@驱动电阻@@，其@@优势是@@驱动简单@@、对于@@在@@第三@@象限的@@工况@@，内@@部具有@@@@非常低的@@@@ Vf 值@@，能提高@@效率@@。“基于@@我们特殊的@@@@ Cascode 设计@@，我们产品的@@第三@@现象导通@@压降处于@@ 1 到@@ 1.5V 之间@@，有@@利于系统@@效率的@@提高@@@@。”敬勇攀说@@。

至@@于直驱型设计@@@@，其@@优势则@@包括@@@@：1. 可以@@更好的@@控制@@@@ JFET 的@@开关速度@@；2. 可以@@进一步减少@@ Rdson；3. 可以@@实时@@监测器件@@的@@@@结温@@@@@@。

在@@接下@@来的@@演讲@@中@@@@，敬勇攀用多个@@图@@表@@展示和@@@@ DEMO 讲述了@@Qorvo SiC 在@@包括@@@@固态断路在@@内@@的@@多个@@应用@@优势@@。

如@@下@@图@@所示@@@@，最左@@边的@@图@@是@@一个@@直驱的@@方式直接控制@@@@ SiC JFET 的@@门级@@。最左@@边的@@是@@不同@@Vgs下@@实时@@对应的@@器件@@@@结温@@。

下@@图@@上@@方展示了用@@ 3 个@@ T0247 封装@@的@@@@ 1200V，9m 的@@双门级器件@@并联@@@@所做的@@一个@@固态断路器@@@@的@@测试@@。从@@图@@中@@我们也可以@@看到@@器件@@是@@采用@@@@ cascade 驱动的@@方式实现的@@@@。这样有@@利于简化驱动@@。另外@@我们可以@@看到@@@@ Rjfet 的@@驱动@@电阻是@@@@ 5Ω，并且@@在@@每一个@@器件@@的@@@@都并有@@@@@@ RC snubber，吸收@@电容是@@@@ 3nf，吸收@@电阻@@：11Ω，它作为@@关断@@时@@可以@@起到@@对@@ VDS 的@@电压@@@@尖峰吸收@@的@@作用@@。

下@@图@@下@@方两个@@@@图@@的@@其@@中@@@@一个@@是@@器件@@的@@@@结温@@@@跟@@ RDSon 成正相关曲线@@，即@@结温越高@@@@，RDSon 也就越大@@。另一个@@是@@@@ JFET 的@@门级@@阈值@@电压@@跟随@@结温的@@波动曲线@@，从@@图@@中@@可以@@看到@@@@ JFET 的@@结温@@越高@@@@，阈值@@电压@@也就越高@@@@。

下@@图@@则@@展示了三个@@@@器件@@并联@@@@以@@后@@做的@@一个@@固态短路@@器的@@测试波形@@。其@@中@@@@，红色线表@@示@@@@ VDS，绿色@@线代表@@@@ ID，其@@峰值@@电流@@在@@@@ 1150A，蓝色线代表@@@@ VGS，驱动电平在@@@@ 18V 左@@右@@@@。

在@@Qorvo，我们现在@@提供@@了一个@@供源极的@@双驱动的@@模块@@，并且@@ RDSon 是@@ 1.4mΩ，由@@ 24die 构成@@。而@@传统的@@是@@由@@@@ 6 个@@ SOT227 并联@@构成@@@@一个@@@@ 1.5mΩ CSD，并且@@它是@@由@@@@ 36die 构成@@。因此@@从@@体积@@，开通损坏来说@@，我们的@@器件@@@@都更具有@@@@优势@@。另外@@，右@@边的@@图@@给出了@@ CSD 的@@ RDSon 的@@测量方法@@。从@@图@@中@@我们可以@@看到@@@@ D1，D2 是@@器件@@的@@@@主功率@@端子@@@@，而@@白色的@@是@@@@ MG1 和@@ SK1，以@@及@@ MG2 和@@ SK2 的@@驱动@@引@@脚@@@@。

通过@@下@@方的@@浪涌测试设置的@@原@@理框图@@@@，我们可以@@看到@@最右@@边是@@隔离@@电源@@和@@隔离@@的@@门级@@驱动@@，驱动电压@@设置为@@ 15V，和@@ -5V，外部@@的@@驱动@@电阻@@ Rgon 是@@ 2.2 并联@@ 0.6Ω，Rgoff 是@@ 0.6Ω，为了简便期间@@，这里我们把@@@@ CSD 的@@驱动@@供用一路驱动来实现@@，并且@@没有@@带推饱和@@检测@@。但@@是@@@@在@@实际应用@@中@@我们建议最好由@@@@ 2 路隔离@@驱动@@，并且@@每一路都带有@@推饱和@@检测功能@@。另外@@我们在@@母线上@@并联@@了@@ 6 组@@ RC sunnber 做关断@@时@@的@@电压@@@@尖峰吸收@@@@，以@@及@@并联@@了压敏电阻@@可以@@泄放浪涌器件@@的@@@@能量@@，最后@@我们在@@负载线上@@串联了@@ 2 颗@@ 5mΩ 的@@电阻@@，用于@@电流@@检测@@。

如@@图@@@@展示的@@是@@浪涌测试时@@的@@电流@@波形@@。其@@中@@@@绿色@@的@@线时@@@@ IDS，峰值@@高@@达@@ 6650A，红色的@@线是@@@@ D1 和@@ D2 的@@电压@@@@，其@@峰值@@电压@@可以@@高@@达@@ 940V，蓝色线是@@@@ CSD 模块的@@驱动@@电压@@@@。我们可以@@看到@@在@@@@ CSD 模块导体的@@@@ 240us 内@@，负载或@@者器件@@电流@@达@@ 6650A。

在@@浪涌实验中@@@@，我们也仿真了器件@@内@@部的@@结温@@@@，图@@中@@粉红色的@@线是@@@@@@ CSD 模块内@@@@部@@ Q1 器件@@的@@@@结温@@@@，黄色的@@线是@@@@ CSD 模块内@@@@部@@ Q2 器件@@的@@@@结温@@@@。我们可以@@观察到@@在@@@@ CSD 导通@@的@@@@ 240us 内@@，CSD 模块内@@@@部@@的@@结温@@最高@@是@@在@@@@ 57°C，而@@当@@器件@@关断@@时@@@@，由@@于@@会产生一个@@比较大的@@关断@@损耗@@，导致器件@@的@@@@结温@@@@上@@升到@@@@ 68°C，但@@这些@@都是@@在@@器件@@的@@@@设计@@范围以@@内@@@@。

最后@@，敬勇攀总结说@@，如@@下@@图@@所示@@@@，SiC Cascode FET 在@@固态电路保护@@@@中@@拥有@@多个@@优势@@。Qorvo 在@@未来@@也会继@@续推进技术发展@@，为客户提供@@更好的@@服务@@。

使用@@TDS瞬态分流抑制器@@，实现可靠@@ESD和@@EOS保护@@，完整攻略在@@此@@！

judy — Fri, 23 Dec 2022 03:03:36 +0000

作者@@：Jeff Shepard，来源@@：得捷电子@@DigiKey

随着@@工业@@@@4.0、工业@@物联网@@@@@@ (IIoT) 和@@5G电话技术的@@普及@@，使得@@越来越多的@@更多复杂的@@电子设备@@部署在@@了更恶劣@@、更难进入的@@环境中@@@@。这有@@助于在@@工业@@机器人@@@@、IO-Link接口@@、工业@@传感器和@@@@IIoT设备@@、可编程逻辑控制@@器@@ (PLC) 和@@以@@太网@@供电@@ (PoE) 等@@应用@@中@@进行可重复的@@@@、确定性静电放电@@@@ (ESD) 和@@电气过应力@@ (EOS) 事件@@保护@@@@。这些@@应用@@需要@@满足@@IEC61000标准@@的@@@@瞬态保护@@要求@@@@。虽然瞬态电压@@抑制@@ (TVS) 二极管@@能很好地满足设计@@人员的@@要求@@@@@@，但@@越来越多的@@应用@@需要@@更确定@@、更线性@@、更紧凑@@@@和@@更可靠的@@@@ESD和@@EOS保护@@。

为了满足这些@@不断提高@@的@@@@性能和@@外形尺寸要求@@@@，可以@@采用@@@@瞬态分流抑制器@@@@ (TDS) 器件@@。这种器件@@同时@@@@具有@@@@卓越的@@箝位@@、线性和@@温度稳定@@性@@，可获得更有@@保证的@@性能水平@@。TDS器件@@不像@@TVS二极管@@那样耗散浪涌能量@@，而@@是@@将@@这种能量转移到@@地@@。与@@TVS替代品相比@@，TDS不会耗散能量@@，因此@@其@@尺寸可以@@更小@@，这有@@助于缩小解决方案@@尺寸@@。此外@@，TDS器件@@的@@@@钳位@@电压@@@@会比@@TVS二极管@@低@@30%，因此@@减少了系统@@的@@@@电气应力@@，提高@@了可靠性@@@@。

本文将@@介绍@@@@TDS器件@@如@@何工作@@及其@@给关键应用@@带来的@@@@好处@@。然后@@，以@@Semtech的@@TDS器件@@为例进行介绍@@并给出成功应用@@这些@@器件@@的@@@@@@PCB布局指南@@。

TDS浪涌保护@@器@@如@@何工作@@@@

浪涌级场效应晶体管@@ (FET) 是@@TDS器件@@中@@@@的@@主要保护@@@@188足彩外围@@app 。当@@发生@@EOS事件@@且瞬态电压@@超过集成精密触发器电路@@的@@击穿电压@@@@@@ (VBR) 时@@，驱动电路被激活@@，场效应管导通@@@@，将@@瞬态能量@@ (IPP) 传导至@@地@@（图@@1）。

图@@1：在@@TDS器件@@中@@@@，当@@检测到@@@@EOS事件@@时@@@@，精密触发器电路@@（左@@）会激活@@FET压控开关@@（右@@），将@@能量尖峰@@ (IPP) 直接转移至@@地@@（图@@片来源@@@@：Semtech）

随着@@脉冲电流@@增大至@@@@IPP，FET的@@导通@@电阻@@ (RDS(ON)) 变成几个@@毫欧@@ (mΩ) ，钳位@@电压@@@@ (VC) 与@@触发电路的@@@@VBR几乎相同@@。因此@@，TDS器件@@的@@@@VC在@@IPP范围内@@@@几乎是@@恒定的@@@@。这与@@@@TVS装置中@@的@@箝位作用不同@@，后者已知@@：

其@@中@@@@Rdyn是@@动态电阻@@。

在@@TVS设备@@中@@@@，Rdyn 值@@固定@@，使得@@箝位电压@@在@@额定电流@@范围内@@@@随着@@@@IPP的@@增加@@@@而@@线性增加@@@@@@。对于@@TDS器件@@来说@@，VC 在@@工作温度以@@及@@@@IPP范围内@@@@都是@@稳定@@的@@@@，从@@而@@实现了@@决定@@性的@@@@EOS保护@@（图@@2）。

图@@2：对于@@如@@@@TDS2211P（实线部分@@）之类@@TDS器件@@，钳位@@电压@@@@在@@温度和@@@@Ipp的@@范围内@@@@保持恒定@@，从@@而@@提供@@确定的@@@@@@EOS保护@@。（图@@片来源@@@@：Semtech）

TDS器件@@的@@@@VC相对较低@@，因此@@被保护@@器件@@@@不仅受到@@的@@电气应力也较低@@，而@@且@@提高@@了可靠性@@@@@@（图@@3）。

图@@3：TDS器件@@的@@@@低@@VC（此处用@@VClamp 表@@示@@，绿色@@曲线@@）通过@@减小受保护@@器件@@@@所受的@@电气应力来提高@@可靠性@@@@。（图@@片来源@@@@：Semtech）

TDS器件@@的@@@@性能支持满足多个@@标准@@要求@@@@的@@系统@@设计@@@@：IEC 61000-4-2标准@@的@@@@ESD抗扰度要求@@@@、IEC 61000-4-4标准@@的@@@@猝发@@@@/电气快速瞬变@@ (EFT) 抗扰度要求@@@@，以@@及@@IEC 61000-4-5标准@@的@@@@浪涌抗扰度要求@@@@@@。这使得@@@@TDS器件@@适合许多恶劣环境下@@的@@应用@@@@。下@@文将@@介绍@@@@TDS的@@应用@@实例@@，包括@@用于@@保护@@负载开关@@的@@@@22V TDS器件@@、适合保护@@@@IO-Link收发器的@@@@33V TDS器件@@，以@@及@@可用于@@@@保护@@@@PoE装置的@@@@58 V TDS器件@@。

保护@@负载开关@@

使用@@22 V TDS2211P可以@@保护@@工业@@设备@@@@@@、机器人@@、远程仪表@@@@、USB电力传输@@ (PD) 和@@IIoT设备@@中@@@@的@@负载开关@@、电子保险丝输入免受@@EOS事件@@的@@影响@@。该@@TDS器件@@的@@@@EOS保护@@等@@级包括@@@@：

接触@@和@@空气@@的@@@@ESD耐受电压@@@@等@@级为@@±30kV，符合@@IEC61000-4-2标准@@要求@@@@
峰值@@脉冲的@@额定电流@@为@@40A (tp = 8/20μs)，符合@@IEC 61000-4-5标准@@要求@@@@；±1kV（tp = 1.2/50μs、分流电阻@@ (RS) = 42Ω），符合@@IEC 61000-4-5标准@@要求@@@@，适用于@@@@非对称线路@@
EFT耐受电压@@@@为@@±4 kV（100kHz和@@5kHz、5/50ns），符合@@IEC 61000-4-4标准@@

当@@采用@@这种配置@@时@@@@，TDS2211P可以@@保护@@下@@游器件@@免受雷击@@@@、ESD和@@其@@他@@EOS事件@@的@@影响@@，该@@器件@@还可保持@@VC低于负载开关中@@开关@@FET的@@损坏阈值@@@@（图@@4）。

图@@4：TDS2211P可用于@@@@保护@@负载开关@@@@ (HS2950P) 和@@下@@游器件@@免受雷电@@、ESD和@@其@@他@@EOS事件@@的@@影响@@。（图@@片来源@@@@：Semtech）

I0-Link保护@@

除了@@在@@工业@@环境中@@发生的@@常见@@ESD和@@EOS危险外@@，将@@I0-Link收发器插入@@I0-Link主设备@@或@@从@@这些@@设备@@上@@拔出时@@@@，可能会遇到@@数千伏的@@电压@@@@尖峰@@。通常用于@@保护@@@@I0-Link收发器的@@@@TVS二极管@@可以@@用@@TDS器件@@来补充@@，以@@提升保护@@性能@@。在@@典型的@@电路保护@@@@应用@@中@@@@，所用器件@@的@@@@额定值@@至@@少为输入电源@@的@@@@115%，因此@@对于@@@@I0-Link之类@@的@@@@24V应用@@，选用像@@TDS3311P TDS这样的@@@@33V保护@@器件@@@@是@@合适的@@@@。TDS3311P的@@主要规格如@@下@@@@：

接触@@和@@空气@@的@@@@ESD耐受电压@@@@为@@±30kV，符合@@IEC61000-4-2标准@@的@@@@要求@@@@@@
峰值@@脉冲电流@@能力@@为@@35A (tp = 8/20 μs) ，以@@及@@1kV (tp = 1.2/50μs、RS = 42Ω) ，符合@@IEC61000-4-5标准@@的@@@@非对称线路要求@@@@
符合@@IEC61000-4-4标准@@的@@@@猝发@@@@/EFT抗扰度要求@@@@

有@@两种常见的@@@@I0-Link端口@@配置@@@@，即@@3引@@脚@@和@@@@4引@@脚@@。这两种配置@@需要@@稍有@@不同的@@保护@@方案@@@@。在@@这两种情况下@@@@，TDS器件@@可以@@在@@@@VBUS (L+ (24V)) 线路上@@补充一个@@@@ µClamp3671P TVS二极管@@，以@@提供@@反极性保护@@@@（图@@5）。

图@@5：使用@@TDS器件@@（绿色@@矩形@@）针对@@3引@@脚@@I0-Link端口@@（顶部@@）和@@4引@@脚@@I0-Link端口@@（底部@@）的@@ESD保护@@的@@@@比较@@。（图@@片来源@@@@：Semtech）

在@@3引@@脚@@情况下@@@@，需要@@3个@@TDS器件@@。如@@需要@@@@，可以@@通过@@两个@@@@面对面的@@@@TDS3311P来提供@@双向保护@@@@。在@@4引@@脚@@情况下@@@@，I0-Link端口@@的@@所有@@@@四个@@针脚应均能承受正负浪涌@@。连接@@器的@@每对引@@脚@@间都需要@@进行测试@@，以@@确保@@I0-Link收发器的@@@@浪涌保护@@性能@@，并应按照@@IEC 61000-4-2 ESD、IEC 61000-4-4猝发@@/EFT和@@IEC 61000-4-5浪涌的@@要求@@@@水平进行测试@@。

PoE保护@@

PoE保护@@方案@@必须考虑@@EOS事件@@可能是@@共模@@（相对于@@地@@）或@@差分@@（线对线@@）的@@情况@@。PoE的@@供电电压@@为@@48V，因此@@像@@TDS5801P这样的@@@@58V TDS器件@@可用于@@@@在@@@@RJ-45连接@@器一侧@@提供@@@@EOS保护@@。TDS5801P的@@规格如@@下@@@@：

ESD耐受电压@@@@：±15kV（接触@@）和@@±20kV（空气@@），符合@@IEC61000-4-2标准@@的@@@@要求@@@@@@
峰值@@脉冲电流@@能力@@：20A (tp = 8/20 μs) ，1kV (tp = 1.2/50μs、RS = 42 Ω) ，符合@@IEC61000-4-5标准@@的@@@@的@@要求@@@@@@
根据@@@@IEC61000-4-4的@@要求@@@@，EFT耐受电压@@@@为@@±4kV（100kHz和@@5kHz、5/50ns）

PoE系统@@中@@的@@电源@@是@@通过@@变压器的@@中@@心抽头连接@@来提供@@的@@@@。PD (RJ-45) 端必须同时@@@@保护@@模式@@A（通过@@数据@@对@@@@1和@@2、数据@@对@@3和@@6提供@@电源@@@@）和@@模式@@B（通过@@引@@脚@@@@4和@@引@@脚@@@@5以@@及@@引@@脚@@@@7和@@引@@脚@@@@8提供@@电源@@@@) ，因此@@需要@@两对@@TDS5801P来实现跨中@@心抽头连接@@的@@双向保护@@@@（图@@6）。

图@@6：背对背@@TDS器件@@（绿色@@，TDS5801P）在@@PoE系统@@中@@提供@@双向保护@@@@，防止@@EOS事件@@。（图@@片来源@@@@：Semtech）

变压器提供@@了共模隔离@@@@，但@@不能提供@@差分浪涌保护@@@@。在@@差动@@EOS事件@@中@@@@，线路侧@@的@@@@变压器绕组@@被充电@@，能量转移到@@二次侧@@@@，直到@@@@浪涌结束或@@变压器饱和@@@@。PD侧@@的@@@@TDS器件@@可以@@用位于变压器的@@以@@太网@@物理层@@ (PHY) 侧@@的@@@@四个@@@@RClamp3361P ESD保护@@器件@@@@进行补充@@，防止@@差分@@EOS事件@@。

TDS器件@@

SurgeSwitch TDS器件@@为设计@@人员提供@@了多种工作电压@@选择@@@@，包括@@22 V (TDS2211P) 、30V (TDS3011P) 、33V (TDS3311P) 、40V (TDS4001P) 、45V (TDS4501P) 和@@58V (TDS5801P) （表@@1）。这些@@器件@@满足@@ IEC61000 标准@@的@@@@要求@@@@@@，可用于@@@@那些在@@恶劣的@@@@5G电话和@@工业@@环境中@@运行的@@系统@@@@。

表@@1：SurgeSwitch器件@@的@@@@额定电压@@为@@22V至@@58V，可满足许多应用@@要求@@@@。（图@@片来源@@@@：Semtech）

由@@于@@TDS器件@@是@@非耗散性器件@@@@，而@@是@@通过@@低阻抗路径将@@浪涌能量直接转移到@@地面@@，因此@@可以@@采用@@@@@@1.6 x 1.6 x 0.55mm的@@小型封装@@中@@@@，相比其@@他浪涌保护@@器@@件通常采用@@的@@@@SMA和@@SMB封装@@，可以@@显著节省电路板空间@@@@。具有@@@@6个@@引@@脚@@的@@@@DFN封装@@包括@@@@3个@@输入引@@脚@@和@@@@@@3个@@用于@@将@@浪涌能量转移到@@地的@@引@@脚@@@@（图@@7）。

图@@7：TDS器件@@采用@@@@1.6 x 1.6 x 0.55mm的@@DFN封装@@，有@@6根引@@线@@（右@@）；1、2、3号引@@脚@@接地@@，而@@4、5、6号引@@脚@@用作@@@@EOS/ESD保护@@输入@@。（图@@片来源@@@@：Semtech）

电路板布局指南@@@@@@

当@@在@@电路板上@@安装@@SurgeSwitch TDS器件@@时@@@@，其@@所有@@@@接地引@@脚@@@@（1、2和@@3）都必须连接@@到@@同一印制线上@@@@，所有@@@@的@@输入引@@脚@@@@（4、5和@@6）也必须连接@@到@@同一印制线@@，以@@获得最大的@@浪涌电流@@能力@@。如@@果@@接地线位于电路板的@@不同层@@，强烈建议使用@@多个@@通孔与@@地平面连接@@@@（图@@8）。按照这些@@@@PC板布局指南@@@@，可以@@最大限度地减少寄生电感并优化器件@@性能@@。此外@@，SurgeSwitch TDS器件@@应尽可能地靠近受保护@@的@@@@连接@@器或@@器件@@@@。这会把@@瞬时@@能量与@@印制线的@@耦合降至@@最低@@，这在@@快速上@@升时@@间@@EOS事件@@中@@@@尤其@@重要@@。由@@于@@TDS器件@@不会耗散任何能量@@，因此@@不需要@@在@@器件@@下@@方设置导热垫来传导热能@@。

图@@8：当@@接地平面位于电路板的@@不同层时@@@@，为获得最佳性能@@，建议采用@@多个@@通孔进行连接@@@@。（图@@片来源@@@@：Semtech）

本文小结@@

对于@@设计@@在@@恶劣环境下@@工作的@@工业@@和@@@@5G电话设备@@的@@设计@@人员来说@@，可以@@采用@@@@TDS器件@@，以@@提供@@可靠@@、确定的@@@@ESD和@@EOS事件@@保护@@@@。TDS器件@@的@@@@VC相对较低@@，通过@@减少元器件@@的@@@@电气应力来提高@@系统@@可靠性@@@@。这些@@器件@@符合@@@@IEC61000标准@@的@@@@瞬态保护@@要求@@@@，并有@@@@22V至@@58V电压@@范围@@，可满足特定应用@@的@@要求@@@@@@。TDS器件@@体积小巧@@，有@@助于减少整体解决方案@@的@@尺寸@@，但@@设计@@人员需要@@遵循一些简单的@@@@PC板布局要求@@@@，以@@发挥@@TDS器件@@的@@@@最大性能@@。

使用@@双栅极@@配置@@的@@@@ SiC FET 进行电路保护@@@@@@

judy — Wed, 05 Jan 2022 03:05:28 +0000

近年@@来@@，人们对固态断路器@@@@和@@固态功率@@控制@@器的@@兴趣越来越浓厚@@。鉴于@@SiC JFET在@@高@@额定电压@@下@@具有@@@@低开态电阻而@@且@@它在@@需要@@时@@进行限流的@@能力毫不逊色@@，它们一直被视为此@@应用@@的@@理想器件@@@@。我们调查了常关型@@SiC FET在@@双栅极@@结构@@中@@的@@使用@@情况@@，以@@简化大电流@@直流断路器@@和@@交流断路器@@的@@开发@@。

有@@许多研究对固态断路器@@@@的@@优势进行了探索@@，它们可以@@大致分为混合断路器@@和@@没有@@机械部件的@@完全固态断路器@@@@@@。本文重点介绍@@固态断路器@@@@@@。表@@1展现了在@@与@@现有@@机电断路器@@和@@继@@电器比较时@@@@，固态断路器@@@@的@@优势和@@劣势概览@@。固态断路器@@@@的@@已知重要优势是@@能够在@@@@1纳秒@@/微秒内@@中@@断电流@@@@，而@@机电断路器@@需要@@的@@时@@间@@为毫秒级@@。在@@中@@断内@@阻抗非常低的@@电力来源@@时@@@@，例如@@@@电动车电池@@@@@@，这一优势会变得越来越宝贵@@。它还可以@@用于@@中@@断直流电路@@，而@@无需周全的@@电弧防止@@措施@@。没有@@移动部件和@@接触@@降级的@@特点使其@@能在@@进行现场更换前执行更多周期的@@故障@@防护@@@@。然而@@@@，固态断路器@@@@的@@电阻@@比机械接触@@高@@@@，从@@而@@使其@@成本与@@电流@@比要高@@得多@@。对于@@基本单极器件@@@@，由@@于@@半导体的@@额定电压@@变高@@@@，在@@相同面积的@@所用材料下@@@@，电阻会随着@@@@V2或@@V2.5一起增加@@@@@@。由@@于@@断路器@@电压@@级的@@升高@@@@，这会直接影响成本@@。

表@@1：固态断路器@@@@与@@机电断路器@@的@@特征比较@@

为什么用@@SiC进行电路保护@@@@@@

固态保护@@电路的@@主要功能是@@在@@开态下@@@@以@@尽可能小的@@@@电阻@@损耗传导电流@@@@，并能够在@@系统@@控制@@器建议中@@断电流@@时@@中@@断电流@@@@。在@@不到@@@@600 V的@@低压@@下@@@@，硅@@MOSFET的@@电阻@@低@@，是@@打造断路器@@@@、继@@电器和@@电子保险丝的@@成本@@经济的@@选择@@@@，而@@且@@已经应用@@于@@@@48V电池@@系统@@@@。一旦所需的@@电压@@@@超过@@600 V，即@@使超结@@（SJ）MOSFET等@@先进的@@硅@@技术的@@电阻@@也会过高@@@@。IGBT虽然能够提供@@非常低的@@微分阻抗@@，但@@是@@@@在@@其@@导电特征中@@有@@拐点@@，从@@而@@使导电过程中@@的@@功率@@损耗过高@@@@，这反过来导致需要@@去除更多热量@@。在@@电压@@超过@@3000 V时@@，则@@使用@@@@IGCT实施断路器@@@@。

图@@1显示的@@是@@硅@@@@SJ MOSFET、GaN FET、SiC MOSFET和@@基于@@@@SiC-JFET的@@SiC FET的@@具体导通@@电阻@@。应该@@很明显的@@一个@@事实是@@@@，在@@从@@@@600至@@2000 V的@@大电压@@范围@@内@@@@，SiC FET能在@@单位面积内@@实现极低的@@电阻@@@@。这允许人们开发出导电损耗极低@@、极为小巧和@@经济高@@效的@@固态断路器@@@@@@。在@@散热受限的@@应用@@中@@@@，它们会非常有@@用@@。所有@@@@SiC器件@@也都能够承受很高@@的@@@@瞬时@@升温@@（例如@@@@在@@短路@@事件@@中@@@@@@），这一特点在@@处理四倍@@于硅@@器件@@的@@@@单位面积能量时@@十分有@@用@@。这是@@因为@@宽带隙会导致需要@@高@@得多的@@温度才能通过@@热量生产足够的@@载波子@@，从@@而@@降低@@开关的@@电压@@@@闭锁能力@@。4H-SiC的@@导热系数比@@GaN或@@基于@@@@Si的@@器件@@@@高@@三倍@@@@，允许高@@效散热@@，从@@而@@允许在@@更高@@的@@@@电流@@密度下@@运行@@。

图@@1：比较多种半导体的@@具体导通@@电阻@@与@@电压@@@@

基于@@SiC的@@电路保护@@@@的@@主要应用@@@@

鉴于@@固态电路保护@@@@的@@成本@@普遍较高@@@@，它很可能用于@@速度@@、可控性@@、可靠性@@和@@重量轻这几个@@特征比成本溢价要重要的@@情况@@@@。这是@@典型的@@新技术@@，而@@且@@由@@于@@@@总是@@会随着@@技术@@（尤其@@是@@@@SiC）的@@成熟和@@扩展出现的@@成本@@降低@@@@，它的@@应用@@领域会更广@@。

鉴于@@直流电力来源@@@@（太阳能@@、电动车电池@@@@、能量存储等@@@@）和@@直流负载的@@迅速增长@@，直流断路器@@领域正在@@考察需要@@使用@@@@750 V – 1200 V FET的@@基于@@@@SiC的@@断路器@@@@。在@@电动车@@、船@@、飞机应用@@中@@@@，需要@@非常低的@@导电损耗@@，且电弧闪光带来了安全隐患@@，因此@@固态断路器@@@@是@@一个@@好解决方案@@@@。固态解决方案@@的@@能力是@@快速中@@断短路@@事件@@@@，不让电流@@上@@升到@@@@5 kA或@@10 kA以@@上@@@@，这一能力十分宝贵@@。在@@保护@@层级中@@@@，可以@@在@@主断路器@@和@@下@@游断路器@@之间@@实现更快的@@协调@@。

大功率@@交流断路器@@也能从@@固态解决方案@@的@@使用@@中@@获益@@，这主要是@@因为@@现在@@可以@@使用@@与@@机械接触@@相媲美的@@@@1200 V SiC FET来实现导通@@电阻@@，且整体解决方案@@可以@@大幅简化现场维护@@。固态开关直接带来的@@@@快速电流@@中@@断和@@浪涌电流@@限制@@能改进功能@@，从@@而@@带来更多价值@@@@。

家居空间@@中@@的@@交流断路器@@可以@@利用@@SiC器件@@无与@@伦比的@@低导电损耗@@，以@@便在@@除了@@传统负载外的@@使用@@太阳能@@电池@@板@@、能量存储和@@电动车的@@新兴环境中@@实现智能解决方案@@来管理能量@@。尽量降低@@生成的@@热量可实现具有@@@@成本效益的@@断路器@@@@面板@@，而@@不需要@@任何风扇来冷却@@。

除了@@固态断路器@@@@外@@，这些@@器件@@还用于@@构造固态功率@@控制@@器@@，它可在@@船@@和@@飞机上@@的@@@@多个@@发电来源@@与@@负载之间@@调节受管理的@@功率@@流@@。像故障@@电流@@一样@@，浪涌电流@@也能得到@@有@@效控控制@@@@。

固态断路器@@@@在@@铁路牵引@@中@@也能发挥作用@@，能促进更好地管理接触@@网@@与@@系统@@功率@@电子器件@@之间@@的@@更快的@@故障@@响应@@。这可以@@帮助降低@@下@@游功率@@电子器件@@的@@@@体积@@、重量和@@成本@@。系统@@可靠性@@和@@寿命也能受益@@。

在@@一系列@@新兴应用@@中@@@@，SiC JFET被用作@@双向限流开关@@、自@@供电断路器@@和@@超共源共栅高@@压断路器@@@@。

在@@功能安全方面@@，对于@@即@@使失去栅极功率@@@@，晶体管保持开态也有@@好处的@@应用@@@@，常开型@@SiC JFET是@@十分有@@用的@@器件@@@@@@。可考虑在@@高@@压侧@@使用@@常关型器件@@而@@在@@低压@@侧@@使用@@常开型@@@@JFET的@@全桥整流器@@。此桥仍然存在@@@@，作为@@到@@输入侧@@的@@@@常关器件@@@@，但@@是@@@@由@@于@@低压@@侧@@@@JFET可以@@在@@两个@@@@都打开@@时@@让输出短接@@，它们可以@@在@@失去控制@@力时@@作为@@分流器@@。此种方法可以@@改进电动机逆变器的@@设计@@@@，在@@该@@应用@@中@@简单地使用@@常开器件@@作为@@低压@@侧@@@@FET可以@@简化功能安全性的@@管理@@。

在@@上@@述所有@@@@领域@@，固态解决方案@@监视其@@运行状况@@的@@能力以@@及@@允许轻松按计划维护而@@不是@@@@在@@故障@@后再维修的@@能力都是@@显著优势@@，而@@事实表@@明双栅极@@@@SiC FET提供@@了这方面的@@最佳选项@@。

JFET、SiC FET和@@双栅极@@@@SiC FET结构@@

图@@2比较了@@SiC MOSFET和@@SiC JFET的@@基本结构@@@@。图@@1中@@表@@明了@@SiC JFET具有@@@@较低的@@单位面积导通@@电阻@@，这要归功于无低迁移沟道@@和@@无需保护@@栅氧化层免受强磁场影响@@，强磁场需要@@附加@@屏蔽@@，而@@这会增加@@@@导通@@电阻@@。然而@@@@，JFET是@@常开型@@器件@@@@，而@@为了打造常关型器件@@@@，可以@@将@@低压@@硅@@@@MOSFET与@@SiC JFET以@@共源共栅结构@@@@串联@@，如@@图@@@@2所示@@，这可使@@RDS(on)增加@@@@5 – 15%。这个@@@@串联连接@@的@@器件@@@@可以@@配置@@为基本共源共栅结构@@@@@@，也就是@@@@SiC FET，也可以@@配置@@为双栅极@@器件@@@@，让低压@@@@MOSFET和@@SiC JFET的@@栅极@@都可以@@从@@外部@@接触@@到@@@@。

图@@2：JFET中@@的@@低沟道@@电阻导致的@@@@SiC MOSFET和@@SiC FET的@@电阻@@差异@@

图@@3：基于@@SiC JFET的@@器件@@@@的@@结构@@@@

在@@图@@@@3中@@，左@@侧@@的@@@@图@@显示的@@是@@与@@传统@@MOSFET一样采用@@@@TO-247封装@@的@@@@SiC JFET。中@@间的@@图@@显示的@@是@@如@@何在@@高@@压@@SiC JFET晶粒的@@源极@@垫上@@堆叠低压@@@@MOSFET以@@形成@@SiC FET共源共栅结构@@@@。在@@封装@@内@@@@，SiC JFET的@@栅极@@连接@@到@@低压@@@@MOSFET的@@源极@@，构成@@了完整的@@@@共源共栅连接@@@@。该@@器件@@可以@@像常关型@@MOSFET一样使用@@@@。右@@侧@@的@@@@图@@显示的@@是@@如@@何在@@相同的@@@@TO-247-4L封装@@中@@让@@MOSFET栅极和@@@@JFET栅极外露@@，便于用户控制@@@@。这被称为双栅极@@@@FET（DG FET）。在@@图@@@@内@@示例中@@@@，1200 V JFET在@@VGS = 2 V时@@的@@电阻@@为@@7 mΩ，在@@VGS = 0 V时@@的@@电阻@@为@@8 mΩ。SiC FET中@@，在@@开态下@@@@，该@@JFET运行时@@的@@@@VGS接近@@0 V。器件@@电阻为@@9 mΩ，其@@中@@@@1 mΩ是@@由@@低压@@@@MOSFET带来的@@@@。在@@右@@侧@@的@@@@双栅极@@器件@@中@@@@@@，在@@开态下@@@@，MOSFET打开@@，而@@且@@由@@于@@@@JFET可以@@在@@栅极电压@@为@@2至@@2.5 V时@@运行@@，其@@电阻会降至@@@@7 mΩ，而@@复合器件@@的@@@@电阻@@降至@@@@8 mΩ。这一开态行为如@@图@@@@@@4所示@@。

图@@4：VGS = 2 V与@@VGS = 0 V相比电阻较低@@，可用于@@@@1200 V双栅极@@FET

图@@5以@@温度函数的@@形式显示了@@1 mA下@@JFET的@@VGS的@@行为@@，相当@@于感知了栅源@@SiC PN结的@@膝点电压@@@@。在@@器件@@打开@@时@@@@，栅极驱动电路可以@@感知该@@电压@@@@，进而@@直接决定@@@@TJ。这种感知的@@@@TJ方法远比感知@@VDS(on) = (ID ∙ RDS(on))要准确@@。各个@@器件@@的@@@@小电流@@膝点电压@@差异不大@@，因为@@它不受许多会导致@@RDS(on)变化的@@过程因素的@@影响@@。在@@将@@温度感知二极管@@集成到@@@@SiC芯片时@@@@，它的@@速度和@@准确性也都很出色@@。最后@@，在@@功率@@模块中@@使用@@@@NTC感知温度和@@@@/或@@感知控制@@集成电路的@@@@TJ无法与@@这种@@JFET VGS感知方法能实现的@@必要响应速度和@@准确性相比@@。

图@@5：使用@@SiCJFET的@@开态@@VGS监视其@@结温@@

在@@已知运行条件下@@的@@@@JFET TJ变化可以@@与@@检查正常运行条件下@@器件@@老化的@@基准进行对比@@。TJ过高@@可能标志着使用@@寿命即@@将@@终止@@，让您可以@@在@@发生严重故障@@前更换@@。因为@@TJ响应速度达到@@微秒级@@，十分准确@@，所以@@还可以@@在@@瞬时@@事件@@中@@@@监视芯片升温@@，从@@而@@在@@开关损坏前关闭@@，例如@@@@在@@断路器@@激活时@@@@。

在@@简单的@@@@4端子@@DG FET中@@，低压@@FET中@@的@@开态@@压降会影响外部@@测量的@@@@VGS，因此@@必须进行校正才能得到@@结温@@。在@@引@@脚@@数较大的@@封装@@中@@@@，可以@@直接使用@@@@JFET源极电势来提高@@提取的@@@@TJ的@@准确性@@。也可以@@将@@@@DG FET作为@@两个@@@@分立@@器件@@@@，并带一个@@@@RDS(on)超低的@@逻辑电平@@SMT分立@@FET，而@@这可让您直接接触@@@@JFET栅极和@@@@源极@@。

图@@6：固态断路器@@@@（功率@@188足彩外围@@app ）的@@电路结构@@@@

固态断路器@@@@

固态断路器@@@@常用的@@电路实施如@@图@@@@@@6所示@@。两个@@@@开关以@@共源极结构@@连接@@@@，提供@@双向电压@@闭锁和@@电流@@@@。跨单个@@@@FET或@@一对@@FET使用@@RC缓冲电路@@（Rs，Cs）。瞬时@@电压@@抑制器件@@@@（MOV，TVS）跨晶体管放置@@，用来吸收@@线路和@@负载电感在@@切断电流@@时@@产生的@@电感能量@@。这种电路结构@@可以@@用于@@许多应用@@@@。例如@@@@，在@@电动出行应用@@中@@@@，可使用@@此电路代替直流隔离@@开关@@。因为@@所有@@@@电池@@能量都经过固态开关@@，所以@@额定值@@为@@500 - 1500 A，1200 V的@@断路器@@@@需要@@不到@@@@1mΩ的@@电阻@@。这需要@@将@@许多器件@@并联@@@@@@，而@@使用@@@@RDS(on)超低的@@器件@@@@可简化这一任务@@。

图@@7显示的@@实验装置可用于@@@@证实并联@@双栅极@@@@SiC FET和@@中@@断大故障@@电流@@的@@能力@@。三个@@@@TO247-4L器件@@并联@@@@，每个@@都是@@@@9 mΩ，1200 V，整体开关电阻为@@3 mΩ。

图@@7：固态断路器@@@@测试电路示意图@@@@，其@@中@@@@的@@开关由@@三个@@@@双栅极@@@@SiCFET并联@@构成@@@@。SiC肖特基二极管@@@@D1-D4（UJ3D065200K3S）用作@@TVS（而@@不是@@@@MOV），以@@在@@关闭瞬间保护@@开关@@。

左@@-图@@8：1200 V双栅极@@器件@@中@@@@的@@@@RDS(on)与@@温度的@@关系@@

右@@-图@@9：1200 V双栅极@@器件@@中@@@@的@@@@Vth与@@温度的@@关系@@

图@@8表@@明器件@@导通@@电阻具有@@@@正温度系数@@，确保在@@器件@@打开@@时@@@@可以@@很好地分担电流@@@@。这些@@器件@@与@@标准@@@@MOSFET一同运行@@，如@@在@@@@本测试中@@的@@@@-5至@@15 V栅极驱动下@@@@，但@@是@@@@也可以@@使用@@@@0至@@12 V的@@单极栅极驱动@@。在@@每个@@@@MOSFET和@@JFET栅极处都设有@@一个@@@@5 Ω电阻以@@协助开关期间的@@并联@@运行@@。这个@@@@5 Ω JFET RG会让开关关闭放缓@@。由@@于@@该@@电阻比@@JFET的@@固有@@栅极电阻大很多@@，它可帮助设置共源共栅的@@关闭速度@@，让三个@@@@并联@@@@器件@@的@@@@开关行为匹配@@。跨每个@@器件@@放置一个@@@@RC缓冲电路@@，因为@@这种结构@@可以@@尽量减小缓冲电路@@和@@开关之间@@存在@@的@@杂散电感@@。JFET Vth随温度发生的@@轻微变化@@（图@@9）对确保在@@开关瞬间实现出色的@@电流@@分担也十分重要@@。

图@@10表@@明的@@是@@三个@@@@并联@@@@@@FET的@@测量得到@@的@@关闭行为@@。总线电压@@为@@400 V，TVS夹钳是@@使用@@@@200 A，650 V SiC肖特基二极管@@@@UJ3D065200K3S创建的@@@@，该@@二极管@@可以@@吸收@@用于@@刺激线路电感的@@大小为@@2 µH电感的@@雪崩能量@@。在@@1000 A下@@，该@@能量为@@1 J，因此@@可以@@将@@三个@@@@此类二极管@@并联@@以@@提供@@足够的@@裕度@@。栅极脉冲@@VGS用于@@让电流@@在@@@@10 µs内@@渐变至@@@@1150 A，然后@@关闭@@。由@@于@@2 µH电感器中@@持续存在@@电流@@@@，器件@@电压@@上@@升的@@速度取决于开关速度@@（在@@此情况下@@@@，由@@JFET的@@RG决定@@），并且@@要使用@@缓冲电路@@@@。一旦器件@@达到@@由@@@@TVS二极管@@击穿决定@@的@@钳位@@电压@@@@@@，电流@@就会传输至@@@@TVS二极管@@。如@@果@@采用@@这种布置@@，三个@@@@TO-247器件@@可以@@平稳关闭@@1150 A电流@@，如@@图@@@@10所示@@。请注意@@，SiC FET中@@的@@电流@@会在@@不到@@@@@@500 ns的@@时@@间@@内@@中@@断@@，然后@@传输至@@雪崩的@@@@TVS阵列@@。电流@@返回至@@零的@@@@5 µs持续时@@间是@@由@@峰值@@电流@@决定@@的@@@@，而@@下@@降的@@斜率则@@由@@@@BV(TVS)/L1决定@@。VDS波形中@@的@@短暂电压@@峰值@@是@@开关关闭时@@相对较快的@@@@di/dt以@@及@@器件@@和@@@@TVS二极管@@之间@@的@@杂散电感导致的@@@@。这可以@@通过@@降低@@关闭速度和@@@@/或@@调整@@RC缓冲电路@@来进一步缓和@@@@。

图@@10：在@@图@@@@7所示@@的@@测试电路中@@@@，三个@@@@并联@@@@1200 V双栅极@@器件@@在@@@@1150 A下@@测量得到@@的@@关闭瞬态波形@@。TVS钳位@@电压@@@@约为@@900 V。

图@@11将@@双栅极@@器件@@适宜性研究扩展到@@了@@@@SOT-227封装@@中@@的@@@@2 mΩ，1200 V模块内@@@@，该@@模块内@@@@共有@@@@6个@@此类器件@@并联@@@@@@。可以@@使用@@一个@@@@22 Ω电阻降低@@共源共栅结构@@@@的@@开关速度@@@@，且器件@@配有@@一个@@@@11 Ω，20 nF的@@缓冲电路@@@@。为了方便进行电流@@较大的@@测试@@，线路电感器降低@@至@@@@0.4 µH，并使@@用@@五个@@并联@@的@@@@200 A，650 V二极管@@作为@@@@TVS。图@@12显示的@@是@@测试得到@@的@@波形@@，此时@@@@，模块用于@@中@@断@@1950 A的@@峰值@@电流@@@@。VDS波形中@@的@@电压@@@@峰值@@可以@@通过@@使用@@@@22 Ω电阻调整@@JFET关闭和@@使用@@较大的@@@@RC缓冲电路@@来消除@@。

图@@11：固态断路器@@@@测试电路示意图@@@@，其@@中@@@@的@@开关是@@由@@@@SOT-227封装@@中@@的@@@@双栅极@@模块与@@六个@@并联@@的@@@@9 mΩ，1200 V器件@@构成@@的@@@@。它与@@封装@@寄生@@188足彩外围@@app 一起形成了@@2.2 mΩ，1200 V且额定值@@大于@@@@300 A的@@器件@@@@。

商业应用@@@@

当@@然@@，完整的@@@@固态断路器@@@@实施会使用@@两个@@@@此类开关并让它们以@@共源极结构@@相连@@。为了应对较大的@@电流@@@@，人们正在@@开发使用@@更多并联@@器件@@的@@@@模块@@。虽然在@@这些@@示例中@@@@，在@@共源共栅形式下@@使用@@双栅极@@器件@@是@@由@@标准@@硅@@@@MOSFET/IGBT栅极驱动器来驱动的@@@@，但@@是@@@@更为复杂的@@实施可以@@使用@@低压@@@@MOSFET作为@@启动开关直接驱动@@SiC JFET的@@栅极@@。这可以@@支持@@SIC JFET实现极低的@@导电损耗@@，还可以@@支持结温感知能力@@。堆叠在@@@@JFET上@@的@@@@电流@@感知低压@@@@MOSFET可以@@消除对昂贵的@@外部@@电流@@感知方式的@@需求@@@@@@。

SiC晶体管可以@@处理大量雪崩能量@@，最高@@可达给定面积的@@硅@@的@@@@4倍@@。然而@@@@，随着@@线路电感和@@电流@@增加@@@@@@，吸收@@SiC器件@@中@@@@的@@所有@@@@雪崩应力变得无法实现@@，从@@而@@导致需要@@使用@@并联@@@@MOV器件@@。因此@@，固态断路器@@@@解决方案@@的@@成本@@将@@取决于@@SiC开关和@@所用@@MOV的@@成本@@。MOV的@@钳制特性使其@@电阻要高@@得多@@，因此@@峰值@@电压@@会比在@@这些@@演示中@@使用@@@@SiC TVS二极管@@时@@要高@@得多@@。MOV的@@大小经过调整可让峰值@@电压@@低于@@SiC器件@@的@@@@额定击穿电压@@@@，如@@果@@SiC组@@件的@@额定电压@@降低@@@@，则@@此@@MOV必须更大@@。在@@本文的@@示例中@@@@，总线电压@@位于@@400 – 600 V范围内@@@@，MOV让峰值@@电压@@保持在@@@@1200 V 以@@下@@@@以@@应对最糟糕的@@关闭电流@@@@，从@@而@@允许使用@@@@1200 V的@@SiC器件@@。理论上@@@@，可以@@将@@峰值@@电压@@控制@@在@@@@1500 – 1700 V的@@成本@@较低的@@@@MOV可能要求@@使用@@@@1700 V器件@@，而@@这会让@@SiC解决方案@@的@@成本@@提高@@接近@@一倍@@@@。换言之@@，SiC的@@成本@@和@@@@MOV的@@成本@@与@@体积之间@@存在@@此消彼长的@@情况@@@@，这种逐渐变化伴随着@@断路器@@必须承受的@@最糟糕的@@能量@@。在@@某些应用@@中@@@@，最终的@@体积和@@重量方面的@@考虑会限制@@断路器@@的@@大小@@，导致需要@@额定电压@@高@@且更昂贵的@@@@SiC断路器@@。

图@@12：在@@图@@@@11所示@@的@@测试电路中@@@@，1200 V双栅极@@模块在@@@@1950 A下@@测得的@@关闭瞬态波形@@。TVS夹钳电压@@约为@@900 V。

随着@@SiC器件@@采用@@@@量的@@提高@@@@，它的@@成本@@在@@迅速降低@@@@，市场预测@@@@SiC器件@@的@@@@情况@@时@@大部分目光都集中@@在@@电动车@@细分市场的@@可能增长上@@@@。预计@@未来@@几年@@@@内@@@@，产量驱动的@@效率会将@@@@SiC晶圆的@@成本@@降低@@一半@@。预测@@中@@的@@@@SiC JFET技术的@@提升将@@会稳步降低@@@@RDSA，还将@@与@@产量带来的@@@@效率一起将@@成本降到@@新低@@。图@@13中@@显示了这些@@因素以@@及@@预测@@的@@@@@@SiC收入增长@@（来源@@：IHS Markit）。当@@前的@@大部分预测@@没有@@计入大规模采用@@固态断路器@@@@会带来的@@@@影响@@，这大概是@@由@@于@@固态断路器@@@@与@@机电断路器@@的@@成本@@差异造成的@@@@。如@@果@@确实所有@@@@电池@@电量都要经过固态断路器@@@@@@，则@@仅电动车中@@采用@@的@@固态断路器@@@@就会让预测@@的@@@@市场规模翻倍@@@@。如@@果@@将@@这种逻辑推广到@@第三@@节中@@讨论的@@其@@他应用@@领域@@，则@@即@@使生产和@@使用@@的@@直流电中@@只有@@一小部分经过固态断路器@@@@和@@控制@@器@@，市场潜力也会是@@图@@@@13预想中@@的@@几倍@@@@。

图@@13：预测@@的@@@@SiC收入增长@@，SiC晶圆成本的@@演变和@@技术进步@@（RDSA降低@@）。固态断路器@@@@可能会在@@二十一世纪二十年@@代的@@后五年@@内@@让@@SiC市场翻倍@@@@。

结论@@

使用@@600 – 1200 V级半导体的@@固态断路器@@@@可能正在@@接近@@其@@采用@@量的@@引@@爆点@@。鉴于@@SiC器件@@可以@@提供@@的@@低@@RDSA，它们格外适合这个@@@@电压@@级@@，且事实表@@明@@，基于@@SiC JFET的@@解决方案@@在@@这方面表@@现出色@@。电动车和@@其@@他@@应用@@领域的@@@@SiC整体市场的@@增长正在@@形成一个@@良性循环@@，促使成本降低@@@@。技术进步正在@@迅速降低@@@@SiC FET的@@RDSA，而@@且@@这种趋势还会在@@未来@@几年@@内@@继@@续发展@@，使得@@RDSA再降低@@二分之一到@@三分之二@@。这些@@不断自@@我强化的@@趋势将@@推动固态断路器@@@@的@@成本@@效益的@@提高@@以@@及@@后续采用@@@@。对断路器@@的@@所有@@@@系统@@级优势的@@了解和@@探索固态@@、这些@@器件@@提供@@的@@有@@助于监视降级情况的@@度量方法的@@能力@@，以@@及@@工业@@@@4.0现在@@显现出来的@@趋势都表@@明@@，固态电路保护@@@@领域即@@将@@发生重大变革@@。

本文转载自@@@@： UnitedSiC