【产品】Caly推出基于碳化硅的混合电涌抑制器模块，用于保护交流和直流电源电路

时间： 2020-01-12 来源：CALY Technologies

Caly Technology推出了一种新颖的基于碳化硅的混合电涌抑制器模块，用于保护交流和直流电源电路。

瞬态和电涌抑制器通常用于保护系统免受雷击，ESD和短路情况的影响。它们大致分为两类，第一类是“保险丝和撬棍电路”。其示例如图1所示。此类电路用于防止输入过压（浪涌）情况损坏下游电路。它们都通过使用晶闸管，TRIAC，Trisil或晶闸管来创建一条非常低的电阻路径来有效地产生暂时短路。然后，通过断路器跳闸或保险丝熔断来限制电源侧的电流。或者，换句话说，断路器和保险丝依靠过电流来防止过电压。一旦跳闸，它们都会使下游电路断电。

第二种瞬态/电涌抑制器是钳位装置。在不短路的情况下，它确实减小了其电阻以限制电压（达到额定钳位电压）。常用的器件是齐纳二极管和金属氧化物压敏电阻（MOV），两者都有优缺点。例如，在理想情况下，无论电流如何，钳位电压都是恒定的。实际上，MOV和齐纳二极管不是线性器件，超过一定电流，电压将开始上升。在这两种类型的设备中，MOV能够维持高压并耗散大量能量，但超过一定电流时，其端子两端的电压将再次增加。相反，齐纳二极管可以保持相对恒定的电压，但是在触发时无法耗散大量能量（通常只有几mJ）。

显然，为了有效地保护下游电路免受雷击或ESD的影响，仅靠电压钳制是不够的。最佳的电涌保护器（SPD）必须：钳制负载上的过电压；限制过电流；耗散电涌能量并在电涌过去后保持功能正常。它也必须具有快速的响应时间，因为传统的基于硅的抑制器的一个限制因素使它们需要大约10μs的短路时间。

图1 各种保险丝和撬棍浪涌保护电路。短路组件是（从左到右）MOSFET，TRIAC和晶闸管（SCR）。在所有情况下，短路元件都会产生过电流，从而使保险丝烧断。

两者兼有

CALY Technologies正在开发混合式浪涌电流和电压限制装置（SCVLD），最终将采用三引脚模块的形式。它包括一个MOV，一个齐纳二极管和一个基于SiC的限流二极管（CLD）。该架构（请参见图2）是这样的：通过使用适当大小的组件，可以避免MOV和齐纳二极管的缺点，同时获得它们的优点。即不能分别限制某些电流上的电压和不能耗散高能量。

当经受脉冲形状为8/20或4/440的ESD时，SPD具有四个不同的工作阶段：

•阶段1 [0 <t <0：8μs]：感应的过电流限于SiC基CLD的饱和电流。

•阶段2 [0：8μs<t <2μs]：增大（但饱和）的电流在齐纳二极管两端产生电压（并被齐纳二极管钳位）（雪崩电压Vz），钳位时间小于10ns。

•阶段3 [2μs<t <2.5μs]：电流限制为CLD饱和电流值，负载两端的电压限制为Vz，MOV两端的电压将增加到其钳位电压。

•阶段4 [t> 2.5μs]：触发后，电压钳位设备将消散电涌的剩余能量，直到电压降至其触发值以下（VCLAMP和VZ）。同时，只要电流处于饱和状态，CLD两端的电压降就会保持较高。

工作原理取决于MOV钳位电压高于齐纳雪崩电压（Vz）。同样，CLD必须能够承受短路操作并具有非常快的响应时间。在这方面，碳化硅的低电子迁移率发挥了作用。 1,000cm2 / V.s，而硅为1,500cm2 / V.s（顺便说一下，GaN为1,250cm2 / V.s）。 CLD必须能够消散大部分的浪涌能量，这是通过产生热量来实现的。在这里，碳化硅的高导热性至关重要。 4.9W / cm.K，而硅的为1.5W / cm.K（GaN为1.3W / cm.K）。此外，当两个CLD背对背串联放置时，该电路能够保护交流和直流电源线。为了确定MOV和齐纳二极管以及CLD的ISAT的最佳钳位电压，探索了这三种器件的Spice模型，并在2015年底在西班牙Terrassa的Mersen工厂生产并测试了原型电路。它旨在保护540V负载（例如，典型的飞机或太阳能发电厂的DC总线），并承受一系列电涌。为了进行比较，负载也经受了相同的浪涌，并对比仅用MOV保护，和根本没有任何保护（参见表1）的情况。

图2 混合SPD的体系结构，其中基于SiC的CLD使得MOV和齐纳（TVS）获得最佳夹持效果成为可能

表1 与单独的MOV相比，SCVLD提供了更多的保护

结果非常令人鼓舞，当浪涌电流为1.8kA时，该电路提供了MOV保护（单独）的2.7倍以上（见图3）。此外，与之相比，电压和电流钳位在纳秒之内。 MOV大于25ns。

目前的制作

混合电涌保护技术仅可作为DIN安装单元使用，并且其中的电路由分立元件构成。但是，CALY Technologies正在与位于Glenrothes的Raytheon(雷神) UK的半导体业务部门密切合作，以期将该技术作为三引脚和小得多的模块进行商业化。雷神公司拥有超过13年的SiC器件制造经验，包括参与开发限流技术的项目，该技术用于保护飞机电子设备和电线免受雷击的二次影响。但是，尽管这种经验很重要，但这只是在混合电涌保护器上进行合作的部分原因。雷神公司是欧洲唯一一家具有独立生产资格的铸造厂，提供碳化硅制造服务，该服务足够灵活，可以支持较短的工艺流程（例如开发工作）以及交钥匙的批量工作。该公司还可以管理整个供应链，从SiC衬底采购到晶圆锯切和封装。在这方面，并且对于CALY Technologies最具吸引力的是，雷神英国公司凭借其创新的SPD设计代表了最快，最低风险的上市途径。

图3 MOV（仅）和HSPD防止1.8kA浪涌的实验比较。在所有情况下，短路元件都会产生过电流，从而使保险丝烧断

图4 CALY Technologies的混合SPD目前仅以DIN模块形式提供，很快将以较小尺寸的3针模块形式提供

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全部评论（5）

小李飞刀 Lv8. 研究员 2020-02-19

学习
鄗立恒 Lv8. 研究员 2020-02-18

学习了。
小李飞刀 Lv8. 研究员 2020-02-18

学习
maomao Lv8. 研究员 2020-02-05

不错的资料
用户56731903 Lv9. 科学家 2020-01-28

学习一下！！！

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