通信用过流过压保护模块的工作机理分析

维普资讯 http://www.cqvip.com 第３０卷第３期　２００７年６月　电子器件　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　Ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　Ｖｏ１．３０　Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．２００７　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｏｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　Ｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　Ｍｏｄｕｌｅ　ｆｏｒ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ＹＡＯ　Ｃｈａｏ，ＳＨＥＮ　Ｋｅ－ｑｉａｎｇ　（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆＭＥＭＳ　ｏｆ　ＰＭｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ　ｏｆＣｈｉｎａ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００９６，Ｃ＾ｆＭ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｄｕｌｅ－－ＹＤ－ＣＬＰ２００Ｍ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆ—　ｆｅｒｅｎｔ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ　ｍｏｄｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ，ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｓｕｒｇｅ　ｏｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｓｕｒｇｅ　ｏｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｔｏ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｖｉｃｅ　ａｒｅ　ｇｉｖ—　ａｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅ／－Ｖ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ－ｏｎ　ｖｏｌｔａｇｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｓｕｒｇｅ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ－ｏｎ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｒｅ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ＭＥＤＩＣＩ　ｄｅｖｉｃｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｔｏｏｌ，ｗｈｏｓｅ　ｒｅ—　ｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈｅ　ｄｏｍｉｎａｔｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｔｈａｔ　ａｆｆｅｃｔ　ｔｈｅｓｅ　ＤＣ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｆｒｏｍ　ｗｈｉｃｈ　ｗｅ　ｃａｎ　ｇｅｔ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｔｏ　ｏｐｔｉｍｉｚｅ　ｔｈｅ　ｄｅｖｉｃｅ’Ｓ　ＤＣ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｏｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｏｖｅｒｏｖｌｔａｇｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｄｕｌｅ；ｓｗｉｔｃｈｉｎｗｏｎ　ｖｏｌｔａｇｅ；ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｓｕｒｇｅ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ－ｏｎ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ＥＥＡＣＣ：２５６０Ｌ　通信用过流过压保护模块的工作机理分析　姚超，沈克强　（东南大学ＭＥＭＳ教育部重点实验室，南京２１００９６）　摘　要：本文分析了通信用过流过压保护模块ＹＤ－ＣＬＰ２００Ｍ在过压保护、正浪涌和负浪涌过流保护模式下的工作原理，给出了　与器件结构参数有关的内部等效电路．针对不同的器件结构参数，利用ＭＥＤＩＣＩ器件模拟软件模拟了器件的开启电压、正浪涌开　启电流的　特性曲线，模拟结果揭示了影响这些直流参数的主要因素，得到了优化直流特性所需的结构参数调整方法．　关键词：过流过压保护模块；开启电压；正浪涌开启电流　中图分类号：ＴＮ３４２．３；ＴＭ８６２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００５－９４９ｏ（２Ｏｏ７）Ｏ３－ｏ７９９＿ｏ５　电信敏感设备易受过电压，过电流和能量过冲的　国内对此的研究尚处于起步阶段，国外报导的过流过　影响，轻则导致设备故障，信号中断；重则导致设备及　压保护模块最有代表性的是Ⅵ）ＣＩ』）２ｏ０Ｍ，但对它的　电缆烧毁，危及操作人员的安全，酿成严重事故．故应　理论分析还不成熟，器件结构、尺寸及掺杂浓度对性　设计浪涌保护器件对电信设备和输电线进行过压和　能的影响机理还不清楚．本文以功能强大的保护模块　过流两个方面的保护．传统的过压保护主要由电压箝　Ⅵ＞ＣＩ』）２ｏ０Ｍ为研究对象，对其进行比较完整的理论　位器件（如ＭＯＶ和１ｒ、，Ｓ）和电压开关器件（气体放电　分析，并用ＭＥＤＩＣＩ软件对主要直流参数进行模拟，　管和基于半导体晶闸管ＳＰＤ）来提供；传统的过流保　分析了器件结构、尺寸和掺杂浓度与器件性能之间的　护主要由快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电　关系，从而得到优化直流特性所要进行的结构参数调　器中的一种或几种的组合来提供．但这些分立的过流　整方法．　及过压保护器除了保护功能单一外，还存在很多缺　陷［５－７，９］．所以将过流、过压、及监控功能集成在一个模　１器件结构及工作原理　块上的过流过压保护模块将是今后的发展趋势．目前　ＹＤ－ＣＬＰ２００Ｍ将过流过压保护功能以及告警　收稿日期：２００６－０７—１４　作者简介：姚￣（１９８１一），男，硕士研究生，研究方向为大功率晶闸管浪涌保护器，ｙｙｃｈａｏ６６７＠ｓｏｈｕ．Ｌｘ）ｍ．　维普资讯 http://www.cqvip.com 电　子器件　第３０卷　功能集成在一个芯片上，对正负浪涌提供双向对称　保护Ｌ７］．主要用于模拟和ＩＳＤＮ线卡；专用小程控交　换机；总配线架；初级和次级保护模块．它的基本结　构是门极触发的双向晶闸管结构．其主剖面如图１　所示．其过压保护功能通过中间或结的雪崩击穿来　实现；过流保护功能通过在ＧＡＴＥ与ＡＮＯＤＥ之间　接编程电阻，以及在ＧＡＴＥ端￣＇ＨＪｎ电压基准器相配　合的方式实现．浪涌过后，当器件泄放电流低于其保　持电流时，该器件将再次处于关断状态（即ＡＮＯＤＥ　方面，补偿离化杂质；另一方面，减薄－，。空间电荷　区，器件工作于负阻区［　．当器件两端电压下降　到一定值（约为３＂－－５　Ｖ）后，．，。结雪崩倍增停止，器　件阻抗几乎为一定值，器件进入电压很小、电流迅速　增大的通态区．最终导通的晶闸管是Ｐ　Ｎ。Ｐ。Ｎ　．　，　．　Ｊ　２　ＮＩ　和ＣＡＴＨＯＤＥ间呈高阻态），对电信线是透明的，　而不会干扰电信线上的正常信号传输．　圈１　ＹＤ－ＣＬＰ２００Ｍ的主剖面图　器件对电信线提供保护的连接方式如图２所　示：ＣＡＴＨＯＤＥ端接地；ＧＡＴＥ和ＡＮＯＤＥ接在电　信线上，并用编程电阻Ｒ　相隔；ＧＡＴＥ端同时接外　部电压基准器；该器件工作时，ＣＡＵＴＩＯＮ端流出　的电流经三极管放大后，点亮ＬＥＤ来提供告警指　示；除此之外，还需要在信号人口处接上快速熔断　器，目的是在浪涌峰值超过保护模块的额定值时，自　动断路，不使浪涌影响后续电路．　图２过流过压保护模块提供保护时的连接方法　１．１过压保护原理分析　对于正、负浪涌，ＹＤ－ＣＬＰ２００Ｍ分别通过－，・和　－，　结的雪崩击穿来提供保护．由于在过压保护模式　下，不需考虑门极触发的影响，所以特性分析只需针　对如图３所示的剖面进行．在正浪涌过压保护模式　下，ＣＡＴＨＯＤＥ接地，ＡＮＯＤＥ相对于地为正，故　－，　、－，　正偏，－，。√。反偏；由于Ｎ　区浓度很高，故反　偏电压基本由－，。结承担．当ＡＮＯＤＥ端浪涌电压　上升到－，。结的击穿电压（即正浪涌的开启电压）时，　－，　结发生雪崩倍增效应，产生大量电子空穴对，在　外电场作用下电子向Ｎ・区、空穴向Ｐ・区运动，一　Ｊ，　－Ｉ　ＮＪ一　，　图３过压保护剖面图　在负浪涌过压保护模式下，最终导通的晶闸管是　Ｐ１　Ｎ　Ｐ２　Ｎ２，其工作原理与正浪涌时大致相同，区别在　于：①发生雪崩倍增的是Ｊｚ结；②开启电压比正浪　涌时略高，这跟Ｐ２区采用了短路射极的结构有关．　１．２正浪涌过流保护的等效电路及直流特性分析　Ｙ【）－ＣＬＰ２Ｏ０　Ｍ采用Ｎ门极触发的方式，通过　对外接电阻Ｒ　编程，对正浪涌提供过流保护．正浪　涌过流保护模式下的主要直流参数是正浪涌开启电　流，其表达式如下：　ｔ，　ｔ，　，　ｆ　＝—Ｖ—Ａ，ＮＩ—ＯＯ—Ｅ　－－——ＶＧ—ＡＴＥ　４－，　眦　（１）　』　Ｅ　式中，Ｖ　Ｎ０ＤＥ一‰为０．７　Ｖ左右；ＲＥ为外部　可编程电阻；Ｊ．　ｏ阻为卜一Ｖ特性曲线上，第一个　ｄ　／ｄＩ＝ｏ的点所对应的注入阳极的电流，由式（１）　可见，当ＲＥ一定时，　ｏＤＥ～　ＴＥ和，　０　是决定　开启电流的重要因素．　由于电路采用Ｎ门极提供保护，故图１所示剖　面右侧带Ｐ门极的部分的影响基本可以忽略［７］，正　浪涌过流保护的机理可采用图４的简化剖面及内部　等效电路来分析．正浪涌过流保护模式下，ＣＡＴＨ—　ＯＤＥ接地，ＡＮＯＤＥ和ＧＡＴＥ相对于地都为正，且　由于外部电压基准器的作用，使ＧＡＴＥ端电压低于　ＡＮＯＤＥ端电压，当浪涌电流在外电阻Ｒ　上产生的　压降大于一个ＰＮ结压降时，Ｐ２区横向电流，　在　Ｒ　上产生的压降大于一个ＰＮ结压降，ＧＡＴＥ下的　Ｎ　将向Ｐ２注人电子，形成电子电流Ｊ．。，此电流提　供Ｑ２的基极电流Ｊ．　，当　放大　倍后，在Ｒｚ上　产生压降大于一个ＰＮ结压降时，使Ｑ３开通，它的　集电极电流　叠加上电子电流Ｊ．　再提供Ｑ２的基　极电流Ｊ．　。，Ｊ．ｂ。再经放大提供Ｑ３的基极电流，使Ｑ３　的集电极电流　发生倍增，形成一个正反馈过程，　最终使晶闸管ＰｚＮ。Ｐ。Ｎ　由断态区，经过负阻区最　终进入导通区．　维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期　姚超，沈克强：通信用过流过压保护模块的工作机理分析８０１　ａｎｏｄｅＩ…，、、＼、、、、、＼＼＼一、、，，、ｖ　＾、，　凹　＿　Ｐ．ＶＲ：Ｉ　Ｎ．　‘、Ｉ　Ｉ　、、、、、、、、、、、、、、、　图４正浪涌过流保护剖面及等效电　在正浪涌过流保护模式下，如果门极触发电流　不够大，会引起Ｎ　区向Ｐｚ区注入电子的强度不　够，就存在横向二极管ＰｚＮｓ比竖直方向的晶闸管　Ｐ　Ｎ。Ｐ。Ｎ　先导通的问题，也就是存在一个竞争问　题，表现在　特性上会出现如图５所示的虚线尖　峰，这样不仅存在一个瞬态功耗，同时还因、，，一一　ＶｏＡＴＥ和，　ｏ　都变大，使正浪涌开启电流会变得太　大，器件将无法正常开启．　图５正浪涌过流保护可能ＦＶ曲线　Ｌ　３负浪涌过流保护的等效电路及直流特性初步探讨　ＹＤ－ＣＬＰ２００Ｍ采用Ｐ门极对负浪涌进行过流　保护，此模式下的主要直流参数是负浪涌开启电流，　表达式如下：　，　ＳＷＯＮ－　一——　－一ＶＧＡＴＥ　－－ＶＡＮＯＤＥ———广一一４　－ＩＧＴ（２）　式中，ＶＧＡＴＥ—　ＯＤＥ为０．７　Ｖ左右；ＲＥ为外部　可编程电阻；ＩＧＴ为　、厂特性曲线上，第一个ｄＶ／ｄ，　一０的点所对应的注人Ｐ门极的触发电流．由式（２）　可见当ＲＥ一定时，、，　ＴＥ一、，，　】ＤＥ和，ＧＴ是决定开启　电流的重要因素．　图１右侧的Ｎ门极的影响可忽略［７］，负浪涌过　流保护机理可采用图６的简化剖面及内部等效电路　来分析．负浪涌过流保护采用了晶闸管的放大门极　结构　．负浪涌过流保护模式下，ＣＡＴＨＯＤＥ接地，　ＡＮＯＤＥ和ＧＡＴＥ相对于地都为负，且由于外部电　压基准器的作用，使ＧＡＴＥ端电压高于ＡＮＯＤＥ端　电压，当浪涌电流在外电阻Ｒ。上产生的压降大于一　个ＰＮ结压降时，Ｐ　区横向电流，－在Ｒ－上产生的　压降大于一个ＰＮ结压降时，小晶闸管Ｐ－Ｎ－Ｐ　Ｎ　首先触发导通，但由于Ｎ　上是一个金属跨接，相当　于一个浮置电极，由于电流在Ｐ２区横向流动引起该　电极Ａ点电势高于Ｂ点；且该电极电阻比Ｐ２区等　效电阻小很多，故Ｐ－Ｎ。ＰｚＮｓ的导通电流，ｚ主要从　浮置电极上流过，并被引到接近主晶闸管　Ｐ１Ｎ１Ｐ２Ｎ２的ＡＯＮＤＥ区域，与Ｐ２区横向电流，　叠　加在一起，提供主晶闸管Ｐ－Ｎ。ＰｚＮｚ的门极触发电　流Ｉ６ｘ，这比直接由ＧＡＴＥ端提供的门极触发电流　大很多，相当于把门极电流放大了，这样就可促使主　晶闸管Ｐ　Ｎ　Ｐ２　Ｎ２的短路发射点结构的导通区迅速　由左向右扩展，即主晶闸管迅速导通．导通过程中的　正反馈机理与正浪涌时基本相同，所不同的是Ｐｚ及　Ｎ。区的过剩载流子有一个从左向右扩展的过程，即　从Ｑ。、Ｑ２基区向Ｑ５、Ｑ６基区的横向扩展过程．　Ｍ－－－－－－－　，＿●一　’ＡＵ　　ＩｌＡＮＯＤＥ　Ｉ　北　ｌ　Ｉ　ＯＲ，ｏ　：　ｌ　ｋＱ－　一ｋ　Ｑ｜　一　，Ｉ　ｆ　‘Ｑ＿、　、　ｔｌ／　生　Ｑ　Ｑ：　ｑＩ—　，Ｈ　Ｊ　Ｉ　Ｐ　１　、、　、、、、　、　、　、　、　、　图６负浪涌过流保护剖面及等效电路　在此过程中，应保证小晶闸管Ｐ－Ｎ－Ｐｚ　Ｎ５比主　晶闸管Ｐ。Ｎ－Ｐ　Ｎｚ先导通，即要保证电流在Ｎｓ＋下　的Ｐ　区产生的压降大于在Ｎ２＋下Ｐｚ区产生的压　降，根据Ｂ．ＪＡＹＡＮＴ的理论［　，应保证器件的横向　尺寸满足下列关：　＞　（３）　，　ｒ∞　式（３）中四个横向尺寸在图６上有标注．如上述　条件得不到满足，将会使主晶闸管门极触发电流太　小，而不能使导通区迅速扩展，导致芯片局部过热而　易损坏．　此外，门极电流也使告警端的晶闸管ＰｌＮ・Ｐ２　触发导通，其导通电流从ＣＡＵＴＩＯＮ端流出，为电路　提供告警指示．　２主要直流参数的模拟结果及分析　为了得到ＹＤ－ＣＩＪ￣００　Ｍ主要直流参数的影响因　素，本文用ＭＥＤＩＣＩ软件，对不同掺杂及结深下的开启　电压、正浪涌开启电流的　、厂特性曲线进行了模拟．　维普资讯 http://www.cqvip.com ８０２　电　子　器件　ＢＲＥＡＫＤＯＷＮ　ＶＯＬＴＡＧＥ（ＰＯＳＩＴＩＶＥ　ＶＳ　ＮＥＧＡＴＩＶＥ）　第３０卷　２．１开启电压模拟结果及分析　对于不同长基区Ｎ　厚度及浓度，模拟结果如　图７所示．对于相同的长基区掺杂浓度，开启电压随　长基区厚度增加而增加，但不明显；对于相同的长基　区厚度，开启电压随长基区掺杂浓度的增加而减小．　这是因为对正、负浪涌的过压保护，耗尽层均在Ｎ　区展宽，故影响开启电压的主要因素是长基区Ｎ　的厚度和浓度，厚度越大，浓度越小，开启电压越大．　ｆ　ｍ　，ｖ　（ａ）ＢＲＥＡＫＤＯＷＮ　ＶＯＬＴＡＧＥ　ＶＳ　ＣＨＡＮＧＥＯ　Ｗ　（ａ）相同长基区掺杂浓度（Ｍ一１．１×１０　ｃｍ－３）　（ｂ）ＢＲＥＡＫＤＯＷＮＶＯＬＴＡＧＥＶＳＤＯＰＩＮＧＯＦＮ．　（ｂ）相同长基区厚度（　一１６０　ｍ）　图７　开启电压随长基区厚度和掺杂浓度的变化　对于正、负浪涌开启电压的比较如图８所示．这　里，取相同的长基区厚度（Ｗ　一１６０　ｍ）和掺杂浓度　（Ｍ一１．１×１０　ｃｍ－３），为了便于比较，负浪涌时的　ＡＮＯＤＥ端电压和电流均取其绝对值．结果表明，负　浪涌开启电压大于正浪涌开启电压，这是因为：负浪　涌时，阴极的短路发射极结构，使器件工作在断态区　时，等效三极管Ｑ　（Ｎ　Ｐ　Ｎｚ）的电流增益ｔ￣ＮＰＮ很小　（接近０），而晶闸管的击穿电压与两个等效三极管　的电流增益有如下关系Ｌ１］：　一ＶＢ（１一ｔ￣ｐＮｐ—ｔ￣ＮＰＮ）　”　（４）　式中，　为材料的雪崩击穿电压；ｔ￣ｐＮｐ，ｔ￣ＮＰＮ分　别为等效三极管的电流放大系数；　为常数．由式　（４）可见，器件负浪涌过压保护时的开启电压略大于　正浪涌的，这是断态区等效三极管Ｎ　Ｐ　Ｎｚ的电流　增益ｔ￣ＮＰＮ较小所致．　２．２正浪涌开启电流模拟结果及分析　对于不同的Ｐ：结深及平均浓度，以及不同的长　图８正、负浪涌开启电压的比较　基区厚度Ｗ　，模拟结果的Ｆ　特性曲线如图９所　示．对于相同的Ｐｚ平均浓度和长基区厚度，Ｐ：结深　越小，开启电流越小，寄生效应变小；对于相同的Ｐ：　结深和长基区厚度，Ｐｚ平均掺杂浓度越小，即方块　电阻越大，开启电流越小，寄生效应也越小；对于相　同的Ｐｚ结深和平均掺杂浓度，长基区Ｎ。厚度Ｗｍ　越小，开启电流越小，寄生效应基本被抑制．这三种　情况对开启电流的影响较大：　（１）由于Ｐｚ与Ｎ　的结深之差即为Ｑ－　（Ｎ　ＰｚＮ。）的基区长度，其电流放大系数表达式为：　ａＭ　一１／ｃｈ（￣－．）　（５）　式中，Ｗ　为有效Ｐｚ基区长度，它与Ｐｚ基区长　度密切相关；Ｌ。为少子扩散长度．由式（５）可见，减　小Ｐ２的结深，即减小Ｐ２基区的长度，可以有效增大　Ｑ　的电流放大系数，从而增强Ｎ　的电子注入，促　使竖直方向晶闸管ＰｚＮ－Ｐ　Ｎ　迅速导通，可降低开　启电流；但结深也不能太小，否则由于Ｊ。也反偏，且　Ｎ　浓度大，会发生Ｐｚ区的穿通．　（２）由于门极触发电流与Ｐ２区方块电阻成反比　关系［３］，故Ｐ２区平均掺杂浓度越低，则方块电阻越　大，较小的门极电流流过等长度和面积的Ｐ２区域，就　可产生较大的横向压降，有利于横向二极管Ｐ２　Ｎ３电　子注入强度增大，使开启电流减小；但Ｐ２平均掺杂浓　度不能太低，否则同样会引起Ｐ２区的穿通．　（３）由于区的厚度即为三极管０．２（Ｐ　Ｎ－Ｐｚ）的　基区宽度，减小Ｎ　的厚度有利于增加ｔ￣ｐＮｐ，使晶闸　管的导通条件［　ｍ］ａＰＮＰ＋ａＮＰＮ一１更容易满足，竖直　方向晶闸管Ｐ：Ｎ。Ｐ－Ｎ　更容易导通，因此也有利于　降低开启电流，但Ｎ　厚度不能太小，否则会使开启　电压太小．　综上所述，适当减小Ｐｚ区的平均掺杂浓度、Ｐｚ　的结深以及Ｎ　的厚度可有效抑制上述寄生效应，　从而降低正浪涌的开启电流．　维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期　姚超，－＆３Ｌ￣：通信用过流过压保护模块的工作机理分析８０３　流的　特性曲线进行了模拟，结果表明：影响开启　电压的主要因素是长基区Ｎ。的厚度和掺杂浓度，　长基区厚度越大，掺杂浓度越低，则开启电压越高，　但开启电压也不能太大，否则对于电信设备起不到　及时保护，一般维持在３００　Ｖ左右［　；影响正浪涌开　启电流的主要因素是Ｐ２区结深和平均掺杂浓度，以　及长基区的厚度，Ｐ２结深越小、平均掺杂浓度越低，　／Ｖ　ｔａ）ＣＨＡＮＧＥＤⅪＯＦＰ２・ＩＡＮＤＯＥＶＳⅦ　长基区厚度越小，则可使开启电流越小，有效抑制寄　生效应，但这些结构参数又存在着下限．总之，要提　（ａ）相同的Ｐ２掺杂浓度及长基区厚度下　１　附／Ｖ　（ｂ）ＣＨＡＮＧＥＤＮ』ａ、ｅｒａｓｅ）ＯＦＰ：－ＩＡＮＤＯＥＶＳ　ＶＡＮＤＯＥ　（ｂ）相同的Ｐ２结深及长基区厚度下　ｔａ）ＣＨＡＮＧＥＤｌ　ＯＦＰ：・ＩＡＮＤＯＥＶＳ　ＶＡＮＤＯＥ　（ｃ）相同的Ｐ２结深及掺杂浓度下　图９不同结构参数下，正浪涌开启电流　Ｖ特性曲线　３结论　本文分析了通信用过流过压保护模块Ｙ【）＿　ＣＬＰ２ＯＯＭ在过压保护、正浪涌和负浪涌过流保护　模式下的工作原理，给出了与器件结构参数有关的　内部等效电路．并利用ＭＥＤＩＣＩ器件模拟软件针对　不同的结构参数，对器件的开启电压、正浪涌开启电　高器件的整体性能，必须要调整主要的结构参数，进　行折衷考虑，才能优化器件性能．　参考文献：　［１３刘刚，余岳辉，史济群等。半导体器件——电力，敏感，光子，微　波器件［ｈ幻．北京：电子工业出版社，２００１，第２、３章．　［２］杨晶琦。电力电子器件原理与设计［ｈ幻．北京：国防工业出版　社，２００２，第３章．　［３］Ｂａｌｉｇａ　Ｂ　Ｊ．Ｐｏｗｅｒ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｉ）ｅｖｉｃｅｓＥＭ］．Ｂｏｓｔｏｎ：ＰＷＳ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ，１９９６，ｃｈａｐｔｅｒ　３、６。　［４］王彩琳，高勇，张新．非对称型门极换流晶闸管阻断特性的设　计与优化［Ｊ］。西安理工大学学报，２００５，２１（２）：１２９—１３３．　［５］张伟强，杨小平，李建英等．浪涌保护器的发展动向［Ｊ］．电瓷　避雷器，２００１，４：２９—３３．　［６］周志敏．电子装置的过压和过流保护与器件［Ｊ］．通信电源技　术，２００２，３（２６）：３９—４３．　［７］Ｓｕｒｇｅ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＩＥＥＥ　Ｐｏｗｅｒ　Ｚｎｇｉ—　ｎｅｅｒｉｇｎ　Ｓｏｃｉｅｔｙ．ＩＥＥＥ　Ｇｕｉｄｅ　Ｆｏｒ　Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｏｆ　Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ　Ｓｕｒｇｅ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ　ｅＤｖｉｃｅｓ￣Ｍ］，Ｔｈｅ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｏｒｎｉｃｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｉｎｃ．２０００．．１－６０．　［８］ＫｉｍＳＣ，ＫｉｍＨＷ，ＳｅｏＫＳ，ｅｔ　ａ１．Ｓｔａｔｉｃ　ａｎｄＤｙｎａｍｉｃＣｈａｒ－　ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　２．５　ｋＶ／５００Ａ　ｌ￣ｓＥＣ］．Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ　ｃｏｎ—　ｆ　ｒｅｎｃｅ　ｏｎ　ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００４，１：１７１—１７３．　［９］Ａｎｄｒｅａｓ　Ｂｅｕｔｅｌ，Ｊｏｈｎ　Ｖａｎ　Ｃｏｌｌｅｒ．Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｉｌｉｏｃｎ　Ａｖａｌａｎｃｈｅ　Ｄ／ｏｄｅｓ　ｏｎ　Ｌｏｗ－Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｐｏｗｅｒ　ＳｙｓｔｅｍｓＥＪ］．／ＥＥＥ　ＩＡＳ。２００４。５（４）：２５９４－２５９９．　［１０］Ｈｅｒｚｌ　Ａｈａｏｒｎｉ．Ａｎ　Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ　Ａｐｐｒｏａｃｈ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅＤｔｅｒｍｉｎａ—　ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ＇ｆＯｆ－Ｏｎ　Ｔｕｒｎｏｖｅｒ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｎ　Ｆｏｕｒ－Ｌａｙｅｒ　Ｓｅｍｉｏｃｎ—　ｄｕｃｔｏｒ　ｅＤｖｉｅｃｓＥＪ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｅｄｕａｃｔｉｏｎ，２０００，　４３（４）：４３４—４３８．