《电子技术应用》
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一种浪涌保护电路的研究和设计
2020年电子技术应用第7期
董大伟，李江陵
中国电子信息产业集团有限公司，北京100190
摘要： 浪涌冲击是电子产品常见问题之一，它经常造成电子产品的损坏。设计了一种新型的浪涌保护钳位电路，该保护电路包括一个基准电路以及一个反馈控制电路。基准电路在源电压超过钳位电压时根据源电压生成基准电压，反馈控制电路用于接收基准电压并将输出电压钳位到钳位电压。基于上华0.18 μm CMOS的工艺对其仿真，结果表明该电路可以很好地实现38 V、27 V、18 V、10 V的钳位，与传统的TVS二极管相比，具有低漏电流、恒定的钳位电压和接近于零的导通电阻等优点。
中图分类号： TN402
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200395
中文引用格式： 董大伟，李江陵. 一种浪涌保护电路的研究和设计[J].电子技术应用，2020，46(7)：74-77.
英文引用格式： Dong Dawei，Li Jiangling. Research and design of a surge protection circuit[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(7)：74-77.
Research and design of a surge protection circuit
Dong Dawei，Li Jiangling
China Electronic Corporation，Beijing 100190，China
Abstract： Surge shock is one of the major reliability issues in electronic products. It causes damage to electronic products. This paper invesitgated and designed a new type of surge protection clamp circuit, which includes a reference and a feedback control. The reference circuit generates a reference voltage based on the source voltage when the source voltage exceeds the clamping voltage, and the feedback control circuit is used to receive the reference voltage and clamp the output voltage to the clamping voltage. Based on the simulations of Shanghua 0.18 μm CMOS process, the results show that the circuit achieves 38 V，27 V，18 V，10 V clamping. Compared with traditional TVS diodes, it has low leakage current and constant clamping voltage ,and on-resistance is close to zero.
Key words : surge protection；clamp circuit；TVS diode；integrated circuit

0 引言

    众所周知，电子产品在使用中经常会遇到意外的电压瞬变和浪涌，从而导致电子产品的损坏。损坏的原因是电子产品中的半导体器件(包括二极管、晶体管、可控硅等)被烧毁或击穿。据估计，电子产品的故障有75%是由于瞬变和浪涌造成的[1-5]。电压的瞬变和浪涌无处不在，电网、雷击、爆破,就连人在地毯上行走都会产生上万伏的静电感应电压，这些，都是电子产品的隐形致命杀手。

    因此，为了提高电子产品的可靠性和人体自身的安全性，必须对电压瞬变和浪涌采取防护措施。

    通常，采用浪涌保护器以确保提供给受保护电子设备的电压不超过其击穿电压。提供这种浪涌保护功能的常规设备包括瞬态电压抑制(TVS)二极管[6-7]和通过模拟电路实现的电压调节器[8-9]。常规的TVS二极管结构如图1所示。将TVS二极管与需保护电路或器件并联，当浪涌来临时，它能将电压钳位在一定值并且泄放大量电流，以此来保护内部电路不被击穿。

    传统的TVS二极管其钳位电压会随着二极管吸收的电流变化而变化[10-12]。因此TVS二极管的钳位电压相比于其触发电压会更大，在I-V曲线中两者的斜率称为TVS二极管的导通动态电阻，显然具有高的动态电阻的钳位器件会导致浪涌保护机制不理想，因为为了令其钳位电压达到要求，必须将TVS二极管的触发电压设置为低于实际所需的钳位电压，这样会导致其触发电压过低引起TVS二极管的误触发。

    为了避免上述问题，并提供更精确的浪涌保护解决方案，期望减小钳位器件的动态电阻从而使其钳位电压与电流水平无关。本文研究并设计了一种新型的浪涌保护钳位电路，该保护电路包括一个基准电路以及一个反馈控制电路。




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作者信息:

董大伟，李江陵

(中国电子信息产业集团有限公司，北京100190)

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