便攜式電子產(chǎn)品極大普及，伴隨而來(lái)的是消費者對產(chǎn)品使用體驗要求不斷提高。為此各大廠(chǎng)商也都不遺余力地提升產(chǎn)品品質(zhì)和品牌影響力，品牌概念越來(lái)越深入人心。品牌，意味著(zhù)廠(chǎng)商需要提供給市場(chǎng)優(yōu)質(zhì)耐用、體驗性能好的高性?xún)r(jià)比產(chǎn)品；口碑，也意味著(zhù)對市場(chǎng)返修率的苛刻要求。在返修案例中與充電接口直連的器件損壞占據了相當高的比例，矛頭直指“浪涌”。因此具有浪涌抑制能力的過(guò)壓保護器相繼問(wèn)世并被大量使用，浪涌吸收規格從80V標準脈沖逐步上升提高到了200V標準脈沖；配合瞬變抑制二極管實(shí)現了300V甚至400V浪涌抑制。
“標配”過(guò)壓保護器件后，充電接口器件損壞比例明確得到了改善。然而，使用場(chǎng)景中不可能在低壓電源線(xiàn)對之間產(chǎn)生200V浪涌，但20V以上的空載電壓倒是比較常見(jiàn)。到底是電壓浪涌、還是高空載電壓導致了損壞呢？為什么損壞案例中往往過(guò)壓保護器和瞬變抑制二極管同時(shí)損壞？SGM40666系列過(guò)壓保護器，以40V高耐壓（限流50mA時(shí)，40V可持續10s以上）和有條件放電觸發(fā)為最大特點(diǎn)，會(huì )提供更有效、合理的保護嗎？
關(guān)于SGM40666系列產(chǎn)品
SGM40666系列（SGM40663 ~ SGM40668）設計用于便攜式電子產(chǎn)品充電接口，保護后端低耐壓充電IC或其它連接的電路元件。該器件集成了導通電阻僅29mΩ的通道開(kāi)關(guān)和瞬變抑制泄放開(kāi)關(guān)，浪涌泄放能力達+110V / -400V。過(guò)壓保護閾值可選，或利用外圍電阻設置。
其內部電路偵測輸入電壓值和變化速度，發(fā)現疑似浪涌的電壓變化時(shí)迅速啟動(dòng)泄放、阻止高壓浪涌擊穿損傷被保護的后續電路。如果只是出現了電壓過(guò)高，它只斷開(kāi)輸入與輸出的連接開(kāi)關(guān)、阻止高壓傳遞到后續電路。輸入電壓繼續升高觸發(fā)鉗位、對輸入放電，拉低空載電壓避免擊穿。
WLCSP-1.17×1.63-12B
-
開(kāi)路電壓波形（1.2μs / 50μs）
-
短路電流波形（8μs / 20μs）
錯接、電網(wǎng)零線(xiàn)開(kāi)路和缺相是導致高空載電壓原因
只有利用專(zhuān)用設備并且利用專(zhuān)門(mén)的隔離單元才能在低壓直流電源的輸出對線(xiàn)之間制造較高的差分浪涌。從電視、機頂盒到手機的市場(chǎng)實(shí)踐記錄到的空載電壓異常失供電系統的設計規范明確相關(guān)；手機、手環(huán)和手表一類(lèi)小裝置記錄到錯接不同電壓源導致的損傷。
如上圖所示，在沒(méi)有零線(xiàn)補償變壓器的配電系統中重載相拉偏零線(xiàn)，導致輕載相電壓升高；更嚴重的情況發(fā)生在戶(hù)端零線(xiàn)與配電變壓器零線(xiàn)開(kāi)路或者戶(hù)端零線(xiàn)接地不良時(shí)，不同相上的電器負載通過(guò)本地零線(xiàn)串聯(lián)在兩個(gè)相之間，較輕負載的電器工作在較高分壓上。這時(shí)：
過(guò)壓保護和瞬變抑制二極管的適用場(chǎng)景
過(guò)壓保護指電壓過(guò)高時(shí)利用通道開(kāi)關(guān)斷開(kāi)接入路徑、阻斷高壓接入。
瞬變抑制指出現浪涌性質(zhì)的短暫高壓大電流時(shí)進(jìn)行泄放吸收，包括穩壓二極管和可控硅開(kāi)關(guān)兩個(gè)泄放模式。在穩壓管模式，當電壓升高到一定值（擊穿電壓）開(kāi)始出現導通放電；一般規定在額定放電電流下電壓上升到一定限值（殘余電壓）。在可控硅模式，電壓上升到一定值（觸發(fā)電壓）迅速接通放電，電壓降低到一定值（恢復電壓）時(shí)斷開(kāi)放電通道�？煽毓枘Ｊ降乃沧円种破鳑](méi)有高出觸發(fā)電壓很多的殘留電壓，但二極管結構的抑制器恢復電壓太低以至于在對電源保護的場(chǎng)合無(wú)法恢復斷開(kāi)而被燒毀。因此配合電源使用的瞬變抑制二極管均為穩壓管模式。
過(guò)壓保護電路內置的浪涌吸收均為可控硅模式，但其控制電路可以把恢復電壓設計為高于其工作電壓。
無(wú)論是過(guò)壓保護電路的內置浪涌吸收電路還是穩壓管型瞬變抑制二極管，在施加超過(guò)其恢復電壓或擊穿電壓的穩定電壓時(shí)都會(huì )因持續承受較高電壓和流過(guò)大電流而被燒毀。
SGM40666系列采用了全新的保護設計，它只在出現疑似浪涌時(shí)以可控硅模式放電；不符合條件的輸入過(guò)壓以穩壓管模式放電。其穩壓電壓高于其最高工作電壓，并且在穩壓模式下可以承受40V或50mA的短時(shí)間輸入過(guò)載。
采用更高電壓浪涌吸收，例如從80V逐步提高到200V、400V的器件后，明確統計到相關(guān)返修數量下降。這并不能說(shuō)明浪涌是造成失效的機制，反而一定程度上佐證了空載高壓的存在。高功率、高吸收電壓器件的有效體積更大、能承受的持續功率大，在空載高壓下的生存可能也會(huì )更大�？蛰d高壓不同于電源的穩壓輸出，可利用放電鉗位。
返修機瞬變抑制二極管損傷觀(guān)察與持續過(guò)功率致?lián)p一致
引用瞬變抑制二極管的失效報告的對比圖像，可見(jiàn)其表現與持續燒灼過(guò)功率表現一致、與瞬時(shí)高功率導致的崩濺式樣不一致。
返修品顯微照片
持續燒灼對比顯微照片
高瞬時(shí)功率損傷崩濺式樣
40V空載過(guò)壓耐受SGM40666系列OVP產(chǎn)品
SGM40666系列產(chǎn)品的40V空載電壓耐受能力領(lǐng)先業(yè)內同類(lèi)產(chǎn)品30V左右的規格，可以耐受常見(jiàn)24V以下直流電源的誤接。產(chǎn)品設計中不使用TVS，或者使用較小的TVS，相比采用尺寸較大的高壓浪涌方案，實(shí)施成本有明顯的優(yōu)勢。 |
