细说Semtech SurgeSwitch保护器件

随着集成电路技术的发展，越来越多的功能集中到尺寸越来越小的芯片中。绝大部分产品接口必须满足抗浪涌的国际标准，如IEC 61000-4-5浪涌保护。而在一些工业系统中有着更长的产品寿命和在更恶劣的环境下工作的需求，因此一个好的浪涌保护方案是非常必要的。

多年来，行业中浪涌保护的主要选择是SMA/SMB离散TVS二极管。尽管TVS二极管功率大，成本低，但因其随温度变化电特性改变和钳位效率不高等因素，可能会导致整体的售后或品牌的损失，从而进一步提升系统的成本。

为了克服这些缺点，同时保证系统的安全性和可靠性，Semtech公司设计使用了一种新型技术来实现浪涌的防护，即SurgeSwitch技术。这种技术最大的特点就是可以消除过电压，提供精确的、平顺的、与温度无关的钳位电压，从而最大限度地保护系统。

今天我们就来为各位小伙伴介绍一下我们的SurgeSwitch产品，以及对比传统TVS，它具有哪些优势。

1 IEC 61000-4-5标准

我们绝大多数产品接口都需要满足IEC的浪涌测试，

IEC 61000-4-5波形是一个组合波形，开路电压波形为1.2X50us， 短路电流波形为8X20us。波形如下：

在对产品的一些接口按IEC 61000-4-5标准做Surge测试时，需要靠近接口使用TVS，通过吸收浪涌电流来钳位过压Surge波形，保护后面的IC。

2 传统TVS的保护

从传统TVS的IV曲线图可以看出，传统工艺的TVS含有一定值的内阻Rdyn。当浪涌加载测试接口，TVS会吸收Ipp浪涌电流，并对过压进行钳位，钳位电压值按上左图计算：

Vclamp=VBR+Rdyn*IPP (VBR为TVS开启电压)

传统TVS的VBR与Rdyn大小固定，Rdyn可高达欧姆级。当有浪涌电流Ipp流过TVS时，会产生比工作电压Vrwm大的多的钳位电压。为了保护后级的IC，IC可以通过自身提高安全电压，但这带来的成本显然是终端客户无法接受的。我们也可以考虑尽量减小TVS的Rdyn值，但传统TVS结面积与硅的特性限制了Rdyn值。即使结面积做的非常大，Rdyn也会有百毫欧的数量级。这样一个大浪涌过来时，虽然会有大的Ipp流过TVS，但相应的钳位电压也是高的，并且结面积大的TVS也会有大的结电容、漏电流，封装尺寸等问题。

3 Semtech SurgeSwitch技术

采用SurgeSwitch技术可以消除传统TVS的这些弊端，SurgeSwitch技术下的钳位电压Vclamp=VBR，使得开发者设计保护电路时更容易。

特点：VBR=Vclamp，Rdyn趋近于0

4 SurgeSwitch与传统TVS对比

• 浪涌钳位波形

可以看出，在同等浪涌电流下的钳位，SurgeSwitch的钳位幅值以及钳位过程相较于传统的TVS，会更低且更平缓。

• 漏电流

SurgeSwitch相较于传统TVS，漏电流更低。

• 功率随温度扭曲

传统TVS规格书中的最大功率是常温下测得的Ppk，但客户产品在很多情况下却应用在高温环境下。高温下的传统TVS结温会上升，散热能力下降，钳位电压会大幅增加，进而功率Ppk会大幅减小。而SurgeSwitch使用的是闭环设计，随着环境温度变化，钳位电压变化很小，峰值功率衰减很小。

• 可靠性

SurgeSwitch相较于传统TVS，更具可靠性，在经历几千次浪涌后钳位电压、漏电流，浪涌能力几无衰减。

5 结语

SurgeSwitch对比于传统TVS，其具有钳位电压更稳定（随外部浪涌能量变化小，随环境温度变化小），封装更小，结电容小且随反向电压变化小，漏电流，浪涌能力几乎无衰减，可靠性更高等优点，是更多新的失效场景下的强有力的解决方案。