一種過電壓保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請涉及一種過電壓保護(hù)系統(tǒng)。在一個(gè)總的方面，本申請?zhí)峁┮环N過電壓保護(hù)系統(tǒng)，其包括輸入端子；過電壓保護(hù)裝置，所述過電壓保護(hù)裝置連接至所述輸入端子且被配置成經(jīng)由所述輸入端子接收能量，所述過電壓保護(hù)裝置在環(huán)境溫度下具有低于源的目標(biāo)最大工作電壓的擊穿電壓，所述源被配置成在所述輸入端子處被接收；以及輸出端子，所述輸出端子連接至所述過電壓保護(hù)裝置及負(fù)載。
【專利說明】一種過電壓保護(hù)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及一種過電壓保護(hù)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]可使用諸如瞬態(tài)電壓抑制(TVS)裝置的過電壓保護(hù)裝置來保護(hù)集成電路(例如，下游集成電路)不受不期望的電源狀況(如，過電壓狀況)的影響。過電壓保護(hù)裝置可能沒有針對其要保護(hù)的集成電路被正確地調(diào)準(zhǔn)。因此，針對過電壓保護(hù)選擇的過電壓保護(hù)裝置可能無法以所需的方式提供對集成電路的過電壓保護(hù)。例如，未與要保護(hù)的集成電路正確地匹配的過電壓保護(hù)裝置的容差誘發(fā)型死點(diǎn)(tolerance induced dead spots)可導(dǎo)致不期望的過電壓保護(hù)?？赡艹霈F(xiàn)各種無規(guī)律的失效模式和/或?qū)︻A(yù)期用于在輸入電源端口處進(jìn)行保護(hù)的集成電路的損壞。因此，需要用以解決目前技術(shù)的不足并提供其他新穎和創(chuàng)新特征的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]在一個(gè)總的方面，本申請公開了一種過電壓保護(hù)系統(tǒng)，包括:輸入端子；過電壓保護(hù)裝置，所述過電壓保護(hù)裝置連接至所述輸入端子且被配置成經(jīng)由所述輸入端子接收能量，所述過電壓保護(hù)裝置在環(huán)境溫度下具有低于源的目標(biāo)最大工作電壓的擊穿電壓，所述源被配置成在所述輸入端子處被接收；以及輸出端子，所述輸出端子連接至所述過電壓保護(hù)裝置及負(fù)載。
[0004]在一些實(shí)施例中，所述擊穿電壓為額定擊穿電壓，所述過電壓保護(hù)裝置在高于所述環(huán)境溫度的溫度下具有浮動(dòng)擊穿電壓額定值，所述浮動(dòng)擊穿電壓大于或等于所述目標(biāo)最大工作電壓。
[0005]在一些實(shí)施例中，所述擊穿電壓為在初始電流下的額定擊穿電壓，所述過電壓保護(hù)裝置在高于所述初始電流的穩(wěn)定電流下具有浮動(dòng)擊穿電壓額定值，所述浮動(dòng)擊穿電壓額定值大于或等于所述目標(biāo)最大工作電壓。
[0006]在一些實(shí)施例中，在所述環(huán)境溫度下的所述擊穿電壓低于在所述輸入端子處的所述目標(biāo)最大工作電壓的95 %。
[0007]在一些實(shí)施例中，所述擊穿電壓為在初始電流下的額定擊穿電壓，所述過電壓保護(hù)裝置響應(yīng)于在所述源和所述負(fù)載工作期間經(jīng)由所述輸入端子接收的所述能量而具有高于所述額定擊穿電壓的穩(wěn)態(tài)擊穿電壓。
[0008]在一些實(shí)施例中，所述目標(biāo)最大工作電壓為在一規(guī)范內(nèi)指定的系統(tǒng)電壓。
[0009]在一些實(shí)施例中，所述能量為來自電源的充電電壓。
[0010]在一些實(shí)施例中，所述輸入端子、所述過電壓保護(hù)裝置以及所述輸出端子包括在移動(dòng)電話中。
[0011]在一些實(shí)施例中，所述輸入端子、所述過電壓保護(hù)裝置和所述輸出端子包括在電信裝置中。
[0012]在一些實(shí)施例中，所述過電壓保護(hù)裝置是瞬態(tài)電壓抑制裝置，所述瞬態(tài)電壓抑制裝置包括:所述瞬態(tài)電壓抑制裝置的半導(dǎo)體部分；輸入導(dǎo)電部件，所述輸入導(dǎo)電部件具有包含在所述瞬態(tài)電壓抑制裝置的所述半導(dǎo)體部分的輸入端子中的部分并且具有第一熱傳遞屏障；以及輸出導(dǎo)電部件，所述輸出導(dǎo)電部件包含在所述瞬態(tài)電壓抑制裝置的所述半導(dǎo)體部分的輸出端子中并且具有第二熱傳遞屏障。
[0013]在一些實(shí)施例中，連接至所述輸入導(dǎo)電部件的所述部分具有第一寬度，并且所述第一熱傳遞屏障具有不同于所述第一寬度的第二寬度，使得來自所述瞬態(tài)電壓抑制裝置的熱傳遞得以降低。
[0014]在一些實(shí)施例中，連接至所述輸入導(dǎo)電部件的所述部分沿著第一平面對準(zhǔn)，所述第一熱傳遞屏障沿著與所述第一平面不平行的第二平面對準(zhǔn)。
[0015]在一些實(shí)施例中，所述熱傳遞屏障由所述輸入導(dǎo)電部件中的至少一個(gè)凹口限定。
[0016]在一些實(shí)施例中，連接至所述輸入導(dǎo)電部件的所述部分包括一材料，所述材料的導(dǎo)熱率高于在所述熱傳遞屏障中包括的材料的導(dǎo)熱率。
[0017]在一些實(shí)施例中，所述第一熱傳遞屏障和所述第二熱傳遞屏障被配置成在工作期間改變來自所述瞬態(tài)電壓抑制裝置的熱傳遞的速率，使得用于將所述瞬態(tài)電壓抑制裝置加熱至所述瞬態(tài)電壓抑制裝置的目標(biāo)擊穿電壓的穩(wěn)定電流的量得以降低。
[0018]在附圖和以下說明中給出了一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施的細(xì)節(jié)。其他特征從說明和附圖中以及從權(quán)利要求中將顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為示出了旨在保護(hù)負(fù)載不受過電壓狀況影響的過電壓保護(hù)裝置的示意圖。
[0020]圖2A示出了圖1所示過電壓保護(hù)裝置的過電壓裝置工作點(diǎn)的實(shí)例。
[0021]圖2B為示出了通過圖1所示過電壓保護(hù)裝置的穩(wěn)定電流的示意圖。
[0022]圖2C和2D示出了根據(jù)實(shí)施例的設(shè)計(jì)場景。
[0023]圖3A至圖3D為示出了根據(jù)一實(shí)施例的過電壓保護(hù)裝置的示意圖。
[0024]圖4為示出了根據(jù)一實(shí)施例的另一過電壓保護(hù)裝置的另一實(shí)例的框圖。
[0025]圖5為示出了根據(jù)一實(shí)施例的另一過電壓保護(hù)裝置的又一實(shí)例的框圖。
[0026]圖6為示出了過電壓保護(hù)裝置的示例性溫度系數(shù)與過電壓保護(hù)裝置的擊穿電壓的關(guān)系的不意圖。
[0027]圖7A和7B與過電壓保護(hù)裝置的具體示例性構(gòu)造及負(fù)載有關(guān)。
[0028]圖8為示出了用于選擇瞬態(tài)電壓抑制裝置的方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]圖1為示出了旨在保護(hù)負(fù)載140 (例如，下游集成電路)不受過電壓狀況(還可稱為過電壓事件)影響的過電壓保護(hù)裝置100的示意圖。過電壓保護(hù)裝置100可為連接至負(fù)載140的輸入電源保護(hù)部件(未示出)的部分。如圖1所示，過電壓保護(hù)裝置100和負(fù)載140包括在計(jì)算裝置170中。計(jì)算裝置170可被配置成連接至源130 (還可稱為電源)，源130被配置成向計(jì)算裝置170供電。在一些實(shí)施例中，過電壓保護(hù)裝置100可被配置成向負(fù)載140提供保護(hù)，該保護(hù)必須在考慮源130的工作點(diǎn)(例如，期望工作點(diǎn))的情況下實(shí)現(xiàn)。
[0030]如圖1所示，過電壓保護(hù)裝置100連接至輸入端子(例如，端口 ) IN和輸出端子(例如，端口)0UT。負(fù)載140經(jīng)由輸出端子OUT連接至過電壓保護(hù)裝置100。在一些實(shí)施例中，輸入端子IN可為計(jì)算裝置170的輸入端子?？山?jīng)由輸入端子IN、過電壓保護(hù)裝置100及輸出端子OUT接收提供至負(fù)載140的電源?？山?jīng)由輸入端子IN從源130處接收提供至負(fù)載140的電源。
[0031]過電壓保護(hù)裝置100被配置成響應(yīng)于諸如電壓尖峰(與電源噪聲或其他瞬態(tài)電源事件有關(guān))的不期望電源狀況(其可包括過電壓狀況)而使能量從負(fù)載140分流出去。在該實(shí)施例中，可將能量分流至地或至不同于地的另一電壓。在一些實(shí)施例中，過電壓保護(hù)裝置100可被配置成基于一種或多種電壓狀況(例如，在指定時(shí)間段內(nèi)維持的電壓水平，超過閾值電壓的電壓)來保護(hù)負(fù)載140不受由例如電源(未示出)產(chǎn)生的電壓的影響。
[0032]在一些實(shí)施例中，源130可為電池、電源、發(fā)電機(jī)、包括在連接至(例如，接插到)例如電源插座中的電源適配器(或電源轉(zhuǎn)換器)中的一個(gè)或多個(gè)部件，和/或其他。例如，在一些實(shí)施例中，提供至負(fù)載140(以及通過過電壓保護(hù)裝置100)的能量(例如，電壓、充電電壓)可來自例如充電適配器。作為另一具體實(shí)例，在一些實(shí)施例中，源130可為任何類型的電源，例如，開關(guān)電源、直流(DC)電源、交流(AC)電源和/或其他。作為又一具體實(shí)例，在一些實(shí)施例中，源130可包括這樣的電源，其可為任何類型的電源，例如，直流(DC)電源，諸如電池、燃料電池和/或其他。
[0033]在傳統(tǒng)保護(hù)解決方案中，TVS裝置的擊穿電壓(BV)是在電流下指定的，其中所述電流為脈動(dòng)或相對較低，(因?yàn)?測試方法要避免結(jié)點(diǎn)發(fā)熱。如此，傳統(tǒng)擊穿電壓額定值為環(huán)境溫度擊穿電壓額定值。因此，在傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，選擇使得擊穿電壓額定值高于源的最大工作電壓的TVS裝置。在本設(shè)計(jì)方法中，由于部件容差的存在，在最大源電壓與最大TVS擊穿電壓之間通常存在明顯差距一從而需要將受保護(hù)負(fù)載配置成在明顯高于期望電壓的電壓下工作。與本方法有關(guān)的更多詳情在例如圖2D中示出。
[0034]根據(jù)本文描述的實(shí)施例，利用浮動(dòng)擊穿電壓TVS設(shè)計(jì)來處理系統(tǒng)，其中傳統(tǒng)擊穿電壓額定值可低于最大源工作電壓。例如，根據(jù)本文所描述的實(shí)施例，過電壓保護(hù)裝置100可被配置使得即使在工作期間過電壓保護(hù)裝置100的特征(例如擊穿電壓)發(fā)生改變(例如，漂移)的情況下，過電壓保護(hù)裝置100亦可保護(hù)負(fù)載140。具體地，過電壓保護(hù)裝置100可被配置成考慮補(bǔ)償過電壓保護(hù)裝置100的漂移以使得可由過電壓保護(hù)裝置100在源130的目標(biāo)工作點(diǎn)(或工作窗口)(例如，最大目標(biāo)工作點(diǎn))下保護(hù)負(fù)載140。例如，可大致或完全消除在源130的最大源電壓與過電壓保護(hù)裝置100向負(fù)載140提供保護(hù)(例如，使能量從負(fù)載140分流出去)的點(diǎn)之間的容差死點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，可將過電壓保護(hù)裝置100配置(例如，根據(jù)預(yù)期源130工作點(diǎn)、預(yù)期負(fù)載140工作點(diǎn)而配置)為具有已知水平的漂移，以使得在負(fù)載140處于目標(biāo)工作點(diǎn)和/或在源130處于目標(biāo)工作點(diǎn)(例如，最大源電壓)時(shí)，可由過電壓保護(hù)裝置100保護(hù)負(fù)載140。當(dāng)在(源130和/或負(fù)載140的)目標(biāo)工作點(diǎn)時(shí)，過電壓保護(hù)裝置100可達(dá)到穩(wěn)態(tài)(例如，熱穩(wěn)態(tài))，這使得電壓保護(hù)裝置100提供所需水平的保護(hù)。
[0035]例如，如果過電壓保護(hù)裝置100為瞬態(tài)電壓抑制(TVS)裝置(還可稱為瞬態(tài)電壓抑制器)或雪崩擊穿裝置或齊納二極管，則TVS 二極管可被配置成在TVS 二極管的擊穿電壓下使能量從負(fù)載140分流(并將電壓鉗制)。具體地，TVS 二極管可被配置為使得當(dāng)在穩(wěn)態(tài)擊穿電壓(其可稱為穩(wěn)態(tài)浮動(dòng)擊穿電壓)下時(shí)，TVS 二極管的擊穿電壓與源130的最大源電壓相一致(例如，TVS 二極管的擊穿電壓大約等于、稍高于源130的最大源電壓)。在一些實(shí)施例中，源130的最大源電壓可為源130的目標(biāo)最大源電壓。源130的最大源電壓可處于負(fù)載140的目標(biāo)工作點(diǎn)(或工作窗口)，或者可在負(fù)載140的目標(biāo)工作點(diǎn)(或工作窗口)內(nèi)。在一些實(shí)施例中，穩(wěn)態(tài)擊穿電壓可稱為目標(biāo)擊穿電壓。在一些實(shí)施例中，可將最大源電壓指定在與源130(和/或負(fù)載140)相關(guān)的規(guī)范(例如，系統(tǒng)規(guī)范)內(nèi)。在一些實(shí)施例中，源130的最大源電壓可為一使得負(fù)載140可安全地工作而不會(huì)以不期望方式受損的電壓。在一些實(shí)施例中，負(fù)載140的最大工作電壓(還可稱為最大負(fù)載電壓)大于或等于源130的最大源電壓。當(dāng)源130正在最大源電壓下工作時(shí)，TVS 二極管的自熱可導(dǎo)致?lián)舸╇妷悍€(wěn)定在大約等于源130的最大源電壓的電壓處。具體地，當(dāng)TVS 二極管在計(jì)算裝置170和源130的工作期間達(dá)到熱穩(wěn)態(tài)時(shí)，TVS 二極管的擊穿電壓可大約等于(或被配置成等于)源130的最大源電壓。因此，當(dāng)負(fù)載140處于目標(biāo)工作點(diǎn)(或工作窗口)或者在目標(biāo)工作點(diǎn)(或工作窗口)內(nèi)時(shí)，可將TVS 二極管配置為具有與源130的最大源電壓一致的擊穿電壓。在初次啟動(dòng)源130時(shí)，TVS 二極管可受熱，導(dǎo)致TVS 二極管的擊穿電壓增大(例如，動(dòng)態(tài)增大)，直至TVS 二極管達(dá)到熱穩(wěn)態(tài)。
[0036]作為根據(jù)本文實(shí)施例的一具體實(shí)例，在I毫安(mA)的電流下以及在環(huán)境溫度(例如，大約25°C的溫度)下，過電壓保護(hù)裝置100可被額定為具有34.5V的擊穿電壓范圍，且源130可具有35V的最大源電壓。源130的35V的最大源電壓可在負(fù)載140的允許工作窗口內(nèi)，或者可處于負(fù)載140的允許工作窗口的上邊界。由于使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)將要求TVS的擊穿電壓高于最大穩(wěn)態(tài)源工作電壓，因此過電壓保護(hù)裝置100將表現(xiàn)為不與源適當(dāng)?shù)仄ヅ洹５窃谟?jì)算裝置170和源130在源130的最大源電壓下工作期間，可將0.05mA的電流通過(或提供至)過電壓保護(hù)裝置100，導(dǎo)致自熱以及55°C的穩(wěn)態(tài)溫度。在0.05mA的電流和55°C的溫度下，過電壓保護(hù)裝置100的擊穿電壓可(以一正溫度系數(shù))增大至35.0V的穩(wěn)態(tài)擊穿電壓，該穩(wěn)態(tài)擊穿電壓大約等于源130的最大源電壓。因此，過電壓保護(hù)裝置100將立即保護(hù)負(fù)載140不受到超過源130的35V最大源電壓的輸入電壓的影響。
[0037]如本實(shí)例所示，擊穿電壓響應(yīng)于源電壓的改變而從第一擊穿電壓改變(例如，浮動(dòng))至第二擊穿電壓。第一擊穿電壓可稱為額定擊穿電壓或初始擊穿電壓，而第二擊穿電壓可稱為浮動(dòng)擊穿電壓或目標(biāo)最大擊穿電壓。過電壓保護(hù)裝置100依賴于正溫度系數(shù)特性來運(yùn)用本文所描述的保護(hù)技術(shù)。在較低的電壓系統(tǒng)(例如，在約5V的電壓下工作的系統(tǒng))中，過電壓保護(hù)裝置可具有可能妨礙本文所述的設(shè)計(jì)技術(shù)的負(fù)溫度系數(shù)。
[0038]相比之下，在使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的情況下，如果源具有35V的最大源電壓，則設(shè)計(jì)者將找到具有35V或更大的最小擊穿電壓的TVS?？紤]到典型容差，這可能需要選擇具有37V典型擊穿電壓的裝置。因此，過電壓保護(hù)裝置將不會(huì)開始鉗制源的電壓輸出并保護(hù)負(fù)載不受超過源的35V最大源電壓的輸入電壓的影響。過電壓保護(hù)裝置的37V的擊穿電壓與源的35V的最大源電壓之間的差可稱為死區(qū)。
[0039]在一些實(shí)施例中，在計(jì)算裝置170在源130的源電壓下(和/或在負(fù)載140的目標(biāo)工作點(diǎn)(或工作窗口)下)工作期間通過過電壓保護(hù)裝置100的電流可稱為穩(wěn)定電流(或可稱為平衡電流或穩(wěn)態(tài)電流)。在一些實(shí)施例中，在計(jì)算裝置170在源130的最大源電壓下(和/或在負(fù)載140的最大工作點(diǎn)下)工作期間通過過電壓保護(hù)裝置100的電流可稱為最大穩(wěn)定電流(或可稱為最大平衡電流或最大穩(wěn)態(tài)電流)。類似地，在過電壓保護(hù)裝置100的穩(wěn)定電流下且在源130的源電壓下(和/或在負(fù)載140的目標(biāo)工作窗口內(nèi))的過電壓保護(hù)裝置100的溫度可稱為穩(wěn)定或穩(wěn)態(tài)溫度。在一些實(shí)施例中，在過電壓保護(hù)裝置100的穩(wěn)定電流下且在源130的最大源電壓下(和/或在負(fù)載140的最大工作窗口下)的過電壓保護(hù)裝置100的溫度可稱為最大穩(wěn)定溫度或最大穩(wěn)態(tài)溫度。
[0040]在一些實(shí)施例中，源130的最大源電壓可導(dǎo)致過電壓裝置工作點(diǎn)(或窗口)，該過電壓裝置工作點(diǎn)(或窗口)包括過電壓保護(hù)裝置100的指定溫度、通過過電壓保護(hù)裝置100的指定穩(wěn)定電流、穩(wěn)態(tài)或穩(wěn)定溫度和/或其他。如果與溫度和電壓有關(guān)，則在源130的最大源電壓下的過電壓(OV)裝置工作點(diǎn)(或窗口)可稱為最大熱電工作點(diǎn)(或窗口)。如果與過電壓保護(hù)裝置100有關(guān)而被提及，則熱電工作點(diǎn)可稱為最大過電壓熱電工作點(diǎn)。具體地，可將過電壓保護(hù)裝置100配置為使得過電壓保護(hù)裝置100將通過使用能量以達(dá)到在源130的典型工作期間將存在的過電壓保護(hù)裝置100的溫度和/或通過過電壓保護(hù)裝置100的指定穩(wěn)定電流，來分流來自源130的能量，以便穩(wěn)定其BV。換句話講，可將過電壓保護(hù)裝置100配置為使得過電壓保護(hù)裝置100將使能量從源130分流出去以達(dá)到所需的熱電工作點(diǎn)。
[0041]圖2A示出了圖1所示過電壓保護(hù)裝置100的過電壓裝置工作點(diǎn)W的實(shí)例。在圖2A所示的圖中，沿著第一 y軸示出(例如，由源130提供的)漸增源電壓，且沿著X軸示出過電壓保護(hù)裝置100的溫度(其可能為過電壓保護(hù)裝置100的結(jié)點(diǎn)溫度)。過電壓保護(hù)裝置的漸增擊穿電壓沿著第二 y軸示出。如圖2A所示，源130具有最大源電壓Vmax及典型源電壓Vtyp。過電壓保護(hù)裝置100具有隨溫度升高而增大的擊穿電壓21 (例如，穩(wěn)態(tài)擊穿電壓)。在一些實(shí)施例中，過電壓保護(hù)裝置100的溫度可為過電壓保護(hù)裝置100的結(jié)點(diǎn)(例如，PN結(jié))溫度，可為過電壓保護(hù)裝置100周圍的環(huán)境溫度，或可為過電壓保護(hù)裝置100的殼體的溫度。在一些實(shí)施例中，負(fù)載140的目標(biāo)工作電壓可具有大于或等于源130的最大源電壓Vmax的上邊界和/或等于或小于源130的典型源電壓Vtyp的下邊界。
[0042]如圖2A所示，過電壓裝置工作點(diǎn)W處于溫度T2。盡管圖2A中未示出，但過電壓裝置工作點(diǎn)W可與負(fù)載140的目標(biāo)工作點(diǎn)(未示出)(例如，目標(biāo)工作電壓、目標(biāo)工作溫度和/或其他)一致。在一些實(shí)施例中，目標(biāo)工作點(diǎn)W可包括在負(fù)載140的目標(biāo)工作窗口(未示出)中。
[0043]如圖2A所示，過電壓保護(hù)裝置100的擊穿電壓21被配置使得如果由源130提供的輸入電壓從典型(或目標(biāo))源電壓Vtyp處增大，則過電壓保護(hù)裝置100將在輸入電壓達(dá)到源130的最大源電壓Vmax時(shí)或之前將能量從源130分流出去。具體地，在該實(shí)施例中，過電壓保護(hù)裝置100的擊穿電壓21被配置為使得在由源130提供的電壓處于最大源電壓Vmax時(shí)，過電壓保護(hù)裝置100將在V2的擊穿電壓下分流電流能量。由于過電壓保護(hù)裝置100的擊穿電壓21 (其與負(fù)載140的目標(biāo)工作點(diǎn)一致)處于或低于源130的最大源電壓，因此過電壓保護(hù)裝置100將能量從源130分流出去。通過將能量從源130分流出去，過電壓保護(hù)裝置100將自熱，并使其浮動(dòng)擊穿電壓上升以達(dá)到并保持工作點(diǎn)W。在一些實(shí)施例中，與源130的最大源電壓一致的擊穿電壓21 (其示出為大約為擊穿電壓V2)可稱為目標(biāo)擊穿電壓。盡管圖2A中未示出，但在一些實(shí)施例中，擊穿電壓21可與一定范圍內(nèi)的擊穿電壓或擊穿電壓容差(例如，±5%的擊穿電壓容差)相關(guān)。
[0044]在包括過電壓保護(hù)裝置100和負(fù)載140在內(nèi)的電路工作期間，通過過電壓保護(hù)裝置100的穩(wěn)定電流將使過電壓保護(hù)裝置100的溫度保持在過電壓裝置工作點(diǎn)W處。換句話講，通過過電壓保護(hù)裝置100的穩(wěn)定電流可限定過電壓裝置工作點(diǎn)W。換言之，穩(wěn)定電流(或平衡電流)可將過電壓保護(hù)裝置的結(jié)點(diǎn)加熱至工作DC溫度。保持V2的擊穿電壓所需的穩(wěn)定電流的大小將基于環(huán)境溫度以及包括裝置的導(dǎo)熱率在內(nèi)的其他設(shè)計(jì)因素。圖2B為示出了通過圖1所示過電壓保護(hù)裝置100的、基于環(huán)境溫度保持所需擊穿電壓V2對應(yīng)于Vmax源電壓所需的穩(wěn)定電流25的示意圖。如圖2B所示,通過過電壓保護(hù)裝置100的穩(wěn)定電流25隨著環(huán)境溫度升高而減小。在一些實(shí)施例中，穩(wěn)定電流25可與一定范圍內(nèi)的穩(wěn)定電流或穩(wěn)定電流容差(例如，±5%的穩(wěn)定電流容差)相關(guān)。
[0045]在一些實(shí)施例中，穩(wěn)定電流的電流范圍可改變數(shù)毫安且隨著超過10°C的溫度改變而改變。在一些實(shí)施例中，穩(wěn)定電流的電流范圍可改變少于或多于數(shù)毫安且隨著超過10°c的溫度改變而改變。例如，在一些實(shí)施例中，穩(wěn)定電流的電流范圍可改變大約10毫安且隨著大約100°C的溫度改變而改變。在一些實(shí)施例中，穩(wěn)定電流相對于溫度的改變可基于源電壓而不同。例如，穩(wěn)定電流相對于溫度的改變可隨著源電壓增大而增大。盡管圖2B所示的關(guān)系為線性關(guān)系，但在一些實(shí)施例中，穩(wěn)定電流隨著溫度的改變可為非線性關(guān)系。
[0046]在一些實(shí)施例中，穩(wěn)定電流可基于(來自源的)輸入電壓、過電壓保護(hù)裝置的擊穿電壓、過電壓保護(hù)裝置的擊穿電壓的溫度系數(shù)、結(jié)點(diǎn)對空氣的熱阻(Θ1Α)和/或其他。在一些實(shí)施例中，一旦設(shè)定了輸入電壓(例如，最大源電壓)并且設(shè)定了過電壓保護(hù)裝置的擊穿電壓，則可將過電壓保護(hù)裝置的結(jié)點(diǎn)溫度(T1)配置為使得所需穩(wěn)定電流與環(huán)境溫度或過電壓保護(hù)裝置的溫度成反比且與9卩成正比。在一些實(shí)施例中，利用較低的封裝及板導(dǎo)熱率(例如，更高的Θ1Α)，可以降低(或最小化)穩(wěn)定電流。有關(guān)0#的更多細(xì)節(jié)在下文中討論。
[0047]重新參考圖2Α，溫度Tl為過電壓保護(hù)裝置100被額定為擊穿(例如，在傳統(tǒng)的室溫規(guī)范中被額定為擊穿)的溫度。在溫度Tl下，擊穿電壓21處于額定擊穿電壓VI。如圖2Α所不,處于額定擊穿電壓Vl的擊穿電壓21明顯低于負(fù)載140的最大源電壓Vmax。由于過電壓保護(hù)裝置100的擊穿電壓21隨著過電壓保護(hù)裝置的溫度升高而增大，因此額定室溫?fù)舸╇妷篤l不能用作指導(dǎo)。Tl下的擊穿電壓21小于Vmax，因此過電壓保護(hù)裝置的溫度升高直至T2下的擊穿電壓等于(或大約等于)Vmax。在一些實(shí)施例中,額定擊穿電壓可為最大源電壓Vmax的大約95 %。在一些實(shí)施例中，額定擊穿電壓可大于或小于最大源電壓Vmax的 95%。
[0048]圖2A還示出了常規(guī)過電壓保護(hù)裝置(未示出)的擊穿電壓22，該常規(guī)過電壓保護(hù)裝置在溫度Tl下具有等于源130的最大源電壓Vmax的額定擊穿電壓。在傳統(tǒng)裝置中，由于裝置容差的存在，擊穿電壓22通常在溫度Tl下高于源電壓(Vmax)。如圖2A所示，常規(guī)過電壓保護(hù)裝置的擊穿電壓22隨著溫度升高而增大。但是，如圖2A所示，由于常規(guī)過電壓保護(hù)裝置在溫度Tl下的額定擊穿電壓等于源130的最大源電壓，因此常規(guī)過電壓保護(hù)裝置在溫度T2(其在操作點(diǎn)W處)下的擊穿電壓明顯高于源130的最大源電壓Vmax。因此，常規(guī)過電壓保護(hù)裝置將不會(huì)向負(fù)載140提供保護(hù)，直至源130的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過最大源電壓Vmax。使得常規(guī)電壓保護(hù)裝置將電流從負(fù)載140分流出去的電壓與源130的最大源電壓Vmax之間的差可稱為死區(qū)或死點(diǎn)。這個(gè)死區(qū)需要負(fù)載140被設(shè)計(jì)為耐受相應(yīng)更高的電壓。
[0049]如圖2A所示，經(jīng)調(diào)準(zhǔn)而以與負(fù)載140的目標(biāo)工作點(diǎn)相關(guān)的穩(wěn)定電流工作的過電壓保護(hù)裝置100通過消除與常規(guī)過電壓保護(hù)裝置相關(guān)的容差誘發(fā)型死區(qū)來改善鉗制保護(hù)。在一些具體實(shí)施中，如果環(huán)境溫度超過例如溫度T2，則對于具有擊穿電壓特性21的過電壓保護(hù)裝置而言，在源處于Vmax時(shí)，所需穩(wěn)定電流將大約為零。
[0050]重新參照圖1，通過過電壓保護(hù)裝置100的可與穩(wěn)態(tài)溫度和擊穿電壓對應(yīng)的穩(wěn)定電流可基于由源130提供到過電壓保護(hù)裝置100中(和/或到計(jì)算裝置170中)的輸入電壓。在一些實(shí)施例中，通過過電壓保護(hù)裝置100的穩(wěn)定電流可基于過電壓保護(hù)裝置100的擊穿電壓或泄露。在一些實(shí)施例中，通過過電壓保護(hù)裝置100的穩(wěn)定電流可基于過電壓保護(hù)裝置100的散熱能力和/或過電壓保護(hù)裝置100的熱系數(shù)。過電壓保護(hù)裝置100的散熱能力可由結(jié)點(diǎn)對空氣的熱阻(Θ JA)來表示。相對較高的Θ可將過電壓保護(hù)裝置100保持在穩(wěn)態(tài)溫度下。下文結(jié)合例如圖3A至圖3D更詳細(xì)地描述過電壓保護(hù)裝置的ΘΜ。
[0051]在一些實(shí)施例中，將電源用于加熱過電壓保護(hù)裝置100的結(jié)點(diǎn)以使擊穿電壓(Vz)上升至輸入電壓水平。隨著(計(jì)算裝置的)環(huán)境溫度升高，為使過電壓保護(hù)裝置100的結(jié)點(diǎn)溫度保持升高而所需要的電源(或穩(wěn)定電流)的量開始下降，直至不需要對結(jié)點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)部加熱的某個(gè)點(diǎn)。
[0052]重新參照圖1，負(fù)載140可包括一個(gè)或多個(gè)電子部件(例如，傳感器、晶體管、微處理器、專用集成電路(ASIC)、分立部件、電路板)，這些電子部件可能會(huì)由于相對快速的電壓增大而以不期望的方式被損壞。因此，輸入電源保護(hù)裝置100可被配置成檢測并防止這些相對較快的電壓增大損壞負(fù)載140和/或與負(fù)載140相關(guān)的其他部件(例如電路板)。
[0053]如圖1所示，過電壓保護(hù)裝置100和負(fù)載140可包括在(例如，集成到)計(jì)算裝置170中。在一些實(shí)施例中，計(jì)算裝置170可為例如計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、移動(dòng)電話、主機(jī)、電子測量裝置、數(shù)據(jù)分析裝置、電信裝置、配置為防雷保護(hù)的裝置、手機(jī)、電子裝置和/或其他。
[0054]在一些實(shí)施例中，過電壓保護(hù)裝置100可被配置成將導(dǎo)電狀態(tài)從電壓調(diào)節(jié)狀態(tài)改變至短路狀態(tài)(例如，高導(dǎo)電/低電阻狀態(tài))。當(dāng)處于電壓調(diào)節(jié)狀態(tài)時(shí)，過電壓保護(hù)裝置100可被配置成將過電壓保護(hù)裝置(及下游負(fù)載)兩端的電壓限制(例如，鉗制)在閾值電壓(例如，電壓限值、鉗位電壓)。例如，如果過電壓保護(hù)部分為或者包括TVS 二極管，則當(dāng)處于電壓調(diào)節(jié)狀態(tài)時(shí)，TVS 二極管可被配置成將TVS 二極管兩端的電壓限制在TVS擊穿電壓。在一些實(shí)施例中，TVS 二極管可以是用任何類型的半導(dǎo)體材料的PN結(jié)(其由P型半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體形成或與它們相關(guān))形成的半導(dǎo)體裝置，所述任何類型的半導(dǎo)體材料例如硅(例如摻雜硅)、砷化鎵、鍺、碳化硅，和/或其他。
[0055]在一些實(shí)施例中，輸入電源保護(hù)裝置100的過電壓保護(hù)裝置100可為或可包括例如任何類型的瞬態(tài)電壓抑制器。在一些實(shí)施例中，過電壓保護(hù)裝置100可為或可包括例如任何類型的被配置成在電壓調(diào)節(jié)狀態(tài)(響應(yīng)于電壓改變)和短路狀態(tài)(響應(yīng)于溫度改變)之間改變的裝置。在一些實(shí)施例中，可將過電壓保護(hù)裝置100配置成在電壓調(diào)節(jié)狀態(tài)與短路狀態(tài)之間可逆地或不可逆地改變。在一些實(shí)施例中，輸入電源保護(hù)裝置100的過電壓保護(hù)裝置100可包括一個(gè)或多個(gè)TVS 二極管、一個(gè)或多個(gè)金屬氧化物變阻器和/或其他。
[0056]圖2C為示出了與源相關(guān)的源工作電壓范圍290重疊在計(jì)算裝置中所包括的負(fù)載的負(fù)載工作電壓范圍294上的示意圖。圖2C還示出了 TVS裝置擊穿容差范圍292重疊在負(fù)載工作電壓范圍294上。負(fù)載工作電壓范圍294大于(例如，寬于)源工作電壓范圍290和TVS裝置擊穿容差范圍292。
[0057]可將TVS裝置設(shè)計(jì)使得TVS裝置的擊穿電壓從環(huán)境溫度下的擊穿電壓Wl (例如，第一擊穿電壓、初始擊穿電壓、額定擊穿電壓)增大至與源的最大源電壓Yl—致的擊穿電壓W2(在穩(wěn)定電流下)(例如，浮動(dòng)擊穿電壓、最大擊穿電壓)。因此，TVS裝置將在大約擊穿電壓W2下將能量(例如，電流)從負(fù)載分流出去。由于TVS裝置在W2下的擊穿電壓大約等于最大源工作電壓Yl，因此可將負(fù)載工作電壓范圍294的最大電壓Xl降低至設(shè)計(jì)保護(hù)裕度Ql內(nèi)，例如更接近最大源工作電壓Yl的最大電壓X2。較之于必須以諸如最大電壓Xl的更高最大電壓工作的負(fù)載的設(shè)計(jì)，最大電壓X2的降低可使得在設(shè)計(jì)負(fù)載時(shí)的成本節(jié)省。盡管圖2C未示出，但在一些實(shí)施例中，TVS裝置擊穿容差范圍292可超過最大源工作電壓Yl0
[0058]在不采用本文所述的設(shè)計(jì)原理的情況下，可將結(jié)合圖2C示出的工作范圍修改為圖2D所示的配置。如圖2D所示，將設(shè)計(jì)保護(hù)裕度Ql明顯降低至最大負(fù)載電壓Xl與TVS裝置容差范圍292的最大擊穿電壓之間的范圍。另外，形成從最大源電壓Yl到TVS裝置的實(shí)際擊穿電壓W4的Q2的容差誘發(fā)型死區(qū)。在圖2D所示的示意圖中，TVS裝置的最大工作電SVm W3設(shè)計(jì)為高于最大源電壓Y1。因此，較之于圖2C所示，必須將負(fù)載被設(shè)計(jì)為維持的最大電壓保持得相對較高。
[0059]圖3A至圖3D為示出了根據(jù)一實(shí)施例的過電壓保護(hù)裝置300的示意圖。過電壓保護(hù)裝置300包括半導(dǎo)體部分320和導(dǎo)電部件32、33。半導(dǎo)體部分320可為例如制作在硅襯底中的瞬態(tài)電壓抑制器(例如，TVS 二極管)。如圖3A所示，導(dǎo)電部件32連接至半導(dǎo)體部分320的頂側(cè)且導(dǎo)電部件33連接至半導(dǎo)體部分320的底側(cè)。過電壓保護(hù)裝置300為遠(yuǎn)側(cè)部分302和近側(cè)部分304。
[0060]導(dǎo)電部件32、33中的任一者可用作輸入導(dǎo)電部件或輸出導(dǎo)電部件。例如，如果導(dǎo)電部件32正用作輸入導(dǎo)電部件，則可將導(dǎo)電部件32連接至半導(dǎo)體部分320的輸入側(cè)。相應(yīng)地，導(dǎo)電部件33可以正用作輸出導(dǎo)電部件，且可將導(dǎo)電部件33連接至半導(dǎo)體部分320的輸出側(cè)。類似地，導(dǎo)電部件32可用作輸出導(dǎo)電部件，而導(dǎo)電部件33可用作輸入導(dǎo)電部件。圖3B為示出了過電壓保護(hù)裝置300的頂視圖的示意圖。
[0061]傳統(tǒng)TVS封裝通常設(shè)計(jì)成使從管芯320至外部環(huán)境的導(dǎo)熱率最大化。對于作為本文所述實(shí)施例的部分的所設(shè)計(jì)封裝而言，情況不是這樣。如圖3A所示，導(dǎo)電部件32、33可各自包括熱傳遞屏障。導(dǎo)電部件32包括熱傳遞屏障34，導(dǎo)電部件33包括熱傳遞屏障35。熱傳遞屏障被配置成防止或顯著最小化從半導(dǎo)體部分320向外界(例如，印刷電路板)散發(fā)的熱量。換句話講，熱傳遞屏障可在過電壓保護(hù)裝置300工作期間有助于保持半導(dǎo)體部分320的溫度(例如，響應(yīng)于穩(wěn)定電流的穩(wěn)態(tài)溫度)。隨著過電壓保護(hù)裝置300的熱量滯留能力增加，為將過電壓保護(hù)裝置300保持在指定過電壓裝置工作點(diǎn)(例如，過電壓裝置工作溫度)而所需要的穩(wěn)定電流可降低。過電壓保護(hù)裝置的封裝可設(shè)計(jì)為具有相對較高的熱容量但是降低的導(dǎo)熱率，以實(shí)現(xiàn)具有高鉗制能力以及相對較低的穩(wěn)定平衡電流需求的解決方案。因此，在保護(hù)負(fù)載不受源的影響時(shí)，過電壓保護(hù)裝置300可以所需的方式在指定過電壓裝置工作點(diǎn)(例如，過電壓裝置工作溫度)下保持工作。熱傳遞屏障34、35可被配置成在不抑制(或基本上不抑制)電傳導(dǎo)的情況下防止(或基本上防止)熱傳遞。
[0062]過電壓保護(hù)裝置300散熱的能力可由結(jié)點(diǎn)對環(huán)境的熱阻(Θ JA)來表示。較高的9#可表示較低的散熱能力。穩(wěn)定電流可與Θ1Α成比例，使得較高的Θ1Α導(dǎo)致較低的穩(wěn)定電流。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電部分33具有連接至半導(dǎo)體部分320的部分，該部分所包括的材料的導(dǎo)熱率高于、低于或等于熱傳遞屏障35中所包括的材料的導(dǎo)熱率。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電部分32具有連接至半導(dǎo)體部分320的部分，該部分所包括的材料的導(dǎo)熱率高于、低于或等于熱傳遞屏障34中所包括的材料的導(dǎo)熱率。
[0063]具體地，如圖3C (其為過電壓保護(hù)裝置300的遠(yuǎn)視圖)所示，導(dǎo)電部件33包括熱傳遞屏障35。在該實(shí)施例中，熱傳遞屏障35由導(dǎo)電部件33的兩個(gè)凹口部分(留下相對較小的熱傳遞表面積)限定，所述兩個(gè)凹口部分基本上防止熱量從半導(dǎo)體部分320通過導(dǎo)電部件33散發(fā)至例如印刷電路板(PCB)(未示出)。換句話講，熱傳遞屏障35可保持或基本上保持半導(dǎo)體部分320中的熱量。如圖3C所示，包括在導(dǎo)電部件33中的熱傳遞屏障35的寬度Al比半導(dǎo)體部分320的寬度Α2和/或?qū)щ姴考?3的寬度A3 (和/或平均寬度)窄。
[0064]如圖3D (其為過電壓保護(hù)裝置300的近視圖)所示，導(dǎo)電部件32包括熱傳遞屏障34。在該實(shí)施例中，熱傳遞屏障34包括導(dǎo)電部件32的單個(gè)凹口部分(留下相對較小的熱傳遞表面積)，所述單個(gè)凹口部分基本上防止熱量從半導(dǎo)體部分320通過導(dǎo)電部件32散發(fā)至例如印刷電路板(PCB)(未示出)。換句話講，熱傳遞屏障34可保持或基本上保持半導(dǎo)體部分320中的熱量。如圖3D所示，包括在導(dǎo)電部件32中的熱傳遞屏障34的寬度BI比半導(dǎo)體部分320的寬度Β2和/或?qū)щ姴考?2的寬度Β3(和/或平均寬度)窄。
[0065]在該實(shí)施例中，熱傳遞屏障34和35沿著與導(dǎo)電部件32和33的連接至半導(dǎo)體部分320的部分不平行的平面對準(zhǔn)。在一些實(shí)施例中，熱傳遞屏障34和35沿著與導(dǎo)電部件32和33的連接至半導(dǎo)體部分320的部分垂直(或大致垂直)的平面對準(zhǔn)。
[0066]盡管示出為具有凹口(或凹部)，但在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電部件32、33中的一者或多者可具有采用不同形狀或輪廓的熱傳遞屏障。例如，導(dǎo)電部件32、33中的一者或多者可具有彎曲部分、開口(其導(dǎo)致減小的表面積)和/或其他。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電部件32、33中的一者或多者可具有多個(gè)熱傳遞屏障。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電部件32、33中的僅一者可具有熱傳遞屏障。
[0067]圖4為示出了根據(jù)一實(shí)施例的另一過電壓保護(hù)裝置400的另一實(shí)例的方框圖。如圖4所示，過電壓保護(hù)裝置400包括半導(dǎo)體部分420 (例如，TVS裝置)和散熱部件430。過電壓保護(hù)裝置400還包括可被配置成在不抑制(或基本上不抑制)電傳導(dǎo)的情況下防止(或基本上防止)熱傳遞的熱傳遞屏障44、45。熱傳遞屏障44、45(其可為導(dǎo)電部件)中的任一者可用作輸入導(dǎo)電部件或輸出導(dǎo)電部件。
[0068]熱傳遞屏障45可連接至(例如，電連接至)半導(dǎo)體部分420，且熱傳遞屏障44可連接至(例如，電連接至)散熱部件430。具體地，散熱部件430 (具有相對較高的導(dǎo)熱率)設(shè)置在(例如，電氣地設(shè)置在)熱傳遞屏障44 (具有相對較低的導(dǎo)熱率)與半導(dǎo)體部分420之間，而半導(dǎo)體部件420直接連接至熱傳遞屏障45。在一些實(shí)施例中，散熱部件430可具有比熱傳遞屏障44和/或熱傳遞屏障45的導(dǎo)熱率更高的導(dǎo)熱率。
[0069]散熱部件430被配置成在例如浪涌或瞬態(tài)能量事件期間(基于相對較高的導(dǎo)熱率)將熱量抽吸離開半導(dǎo)體部分420。但是，熱傳遞屏障44、45的相對較低的導(dǎo)熱率有利于為使半導(dǎo)體部分420的溫度上升并因此使半導(dǎo)體部分420的擊穿電壓上升至目標(biāo)水平而所需要的相對較低的穩(wěn)定電流。
[0070]在一些實(shí)施例中，散熱部件430可設(shè)置在半導(dǎo)體部分420的僅一部分上面。換句話講，散熱部件430的表面積可不同于半導(dǎo)體部分420的表面積。
[0071]盡管未示出，但在一些實(shí)施例中，在半導(dǎo)體部分420的與散熱部件430相對的一側(cè)上可包括一個(gè)或多個(gè)散熱部件。在此類實(shí)施例中，半導(dǎo)體部分420可設(shè)置在散熱部件430與其它的散熱部件之間。在此類實(shí)施例中，其它的散熱部件可直接連接至熱傳遞屏障45 (且設(shè)置在半導(dǎo)體部分420與熱傳遞屏障45之間)。
[0072]圖5為示出了根據(jù)一實(shí)施例的另一過電壓保護(hù)裝置500的又一實(shí)例的方框圖。如圖5所示，過電壓保護(hù)裝置500包括半導(dǎo)體部分520 (例如，TVS裝置)和散熱部件530。過電壓保護(hù)裝置500還包括可被配置成在不抑制(或基本上不抑制)電傳導(dǎo)的情況下防止(或基本上防止)熱傳遞的熱傳遞屏障54、55。熱傳遞屏障54、55(其可為導(dǎo)電部件)中的任一者可用作輸入導(dǎo)電部件或輸出導(dǎo)電部件。
[0073]熱傳遞屏障55可連接至(例如，電連接至)半導(dǎo)體部分520，且熱傳遞屏障54可連接至(例如，電連接至)散熱部件530。具體地，散熱部件530 (具有相對較高的導(dǎo)熱率)設(shè)置在(例如，電氣地設(shè)置在)熱傳遞屏障54 (具有相對較低的導(dǎo)熱率)與半導(dǎo)體部分520之間，而半導(dǎo)體部件520直接連接至熱傳遞屏障55。在一些實(shí)施例中，散熱部件530可具有比熱傳遞屏障54和/或熱傳遞屏障55的導(dǎo)熱率更高的導(dǎo)熱率。
[0074]散熱部件530被配置成在例如浪涌或瞬態(tài)能量事件期間(基于相對較高的導(dǎo)熱率)將熱量抽吸離開半導(dǎo)體部分520。但是，熱傳遞屏障54、55的相對較低的導(dǎo)熱率有利于為使半導(dǎo)體部分520的溫度上升并因此使半導(dǎo)體部分520的擊穿電壓上升至目標(biāo)水平而所需要的相對較低的穩(wěn)定電流。
[0075]在一些實(shí)施例中，散熱片部件530可設(shè)置在半導(dǎo)體部分520的僅一部分上面。換句話講，散熱部件530的表面積可不同于半導(dǎo)體部分520的表面積。
[0076]盡管未不出，但在一些實(shí)施例中，在半導(dǎo)體部分520的與散熱部件530相對的一側(cè)上可包括一個(gè)或多個(gè)散熱部件。在此類實(shí)施例中，半導(dǎo)體部分520可設(shè)置在散熱部件530與額外的散熱部件之間。在此類實(shí)施例中，額外的散熱部件可直接連接至熱傳遞屏障55(且設(shè)置在半導(dǎo)體部分520與熱傳遞屏障55之間)。
[0077]圖6為示出了過電壓保護(hù)裝置的示例性溫度系數(shù)(TC)(以每攝氏度(V )的伏特?cái)?shù)(V)計(jì))與過電壓保護(hù)裝置(在指定溫度下)的擊穿電壓的關(guān)系的示意圖。如圖6所示，溫度系數(shù)為隨著擊穿電壓的增大而增大的正溫度系數(shù)?？蓪⑦@個(gè)關(guān)系用于降低在特定裝置的工作電壓下的所需穩(wěn)定電流。盡管未示出，但在一些實(shí)施例中，過電壓保護(hù)裝置的溫度系數(shù)與擊穿電壓的關(guān)系可為非線性的。
[0078]圖7A和7B與過電壓保護(hù)裝置(例如，TVS 二極管)以及具有16V的最大工作電壓的源的具體示例性構(gòu)造相關(guān)。過電壓保護(hù)裝置和源的構(gòu)造可與圖1所示的構(gòu)造相同或類似。圖7A為示出了過電壓保護(hù)裝置的漸增擊穿電壓71與溫度的關(guān)系的曲線圖。過電壓保護(hù)裝置在ImA下具有14.7V的額定擊穿電壓。圖7B為示出了與將16V源施加至過電壓保護(hù)裝置相關(guān)的16V保持測試(或穩(wěn)態(tài)工作電壓)的曲線圖。在該實(shí)例中，在過電壓保護(hù)裝置自熱時(shí)誘發(fā)初始鉗位電流，使得擊穿電壓穩(wěn)定(例如，達(dá)到穩(wěn)態(tài)擊穿電壓)。在該實(shí)施例中，過電壓保護(hù)裝置在大約125°C的溫度下穩(wěn)定，這就導(dǎo)致如圖7A所示的大約16V的擊穿電壓。該擊穿電壓與源的16V的最大源電壓(如果最大源電壓用作設(shè)計(jì)點(diǎn))匹配(或大致匹配)。如圖7B所示，由于在Θ JA為125°C/W的情況下，過電壓保護(hù)裝置穩(wěn)定在大約小于60mA的穩(wěn)定電流處，因此通過過電壓保護(hù)裝置的初始電流可相對較高(例如，大于2A)。在該特定實(shí)例中，在大約400秒時(shí)達(dá)到穩(wěn)定(或穩(wěn)態(tài))。如該實(shí)例所示，過電壓保護(hù)裝置的自熱被用來支持用于在大約16V最大源電壓下保護(hù)負(fù)載的的擊穿電壓。盡管從最大源電壓方面描述了這些實(shí)例，但在一些實(shí)施例中，可基于負(fù)載的電壓(例如，最大負(fù)載電壓、典型負(fù)載電壓)來配置過電壓保護(hù)裝置。
[0079]重新參照圖1，可使用包括下文所闡述的方法在內(nèi)的各種方法來選擇過電壓保護(hù)裝置100的特性。首先，識(shí)別源130的典型源電壓和最大源電壓?？蛇x擇過電壓保護(hù)裝置100使得其最大浮動(dòng)擊穿電壓大于或等于源130的最大源電壓?？勺R(shí)別過電壓保護(hù)裝置100在源130的典型源電壓下的穩(wěn)定電流(其可為最大平衡電流)，并且還可識(shí)別在源130的典型源電壓下的穩(wěn)定電流。最后，可識(shí)別負(fù)載140的下游能力。應(yīng)當(dāng)驗(yàn)證的是，負(fù)載140的最大工作電壓大于過電壓保護(hù)裝置130的最大額定擊穿電壓，并且大于過電壓保護(hù)裝置130的期望最大浮動(dòng)擊穿電壓。一旦識(shí)別出負(fù)載140的最大工作電壓，便可確定過電壓保護(hù)裝置100的鉗制能力。上文所述的方法可表征為熱電反饋回路，該熱電反饋回路以有源的方式將過電壓保護(hù)裝置100的擊穿電壓與源130的輸入工作最大源電壓匹配，以取消或最小化目標(biāo)最大工作電壓與過電壓保護(hù)裝置100的激活(例如，開啟)之間的鉗制死空間。
[0080]作為負(fù)載140為電信背板的一具體實(shí)例，可將典型源電壓識(shí)別為48V并且可將目標(biāo)最大源電壓識(shí)別為60V?？蓪⑦^電壓保護(hù)裝置100選擇為在ImA下具有54V至60V的傳統(tǒng)擊穿規(guī)范并具有5%容差的裝置?？蓪⒃谧畲笤措妷合碌姆€(wěn)定電流(其可為最大平衡電流)識(shí)別為14mA，并且可將在48V的典型工作源處的漏電流識(shí)別為I μ A。最后，可將負(fù)載140的下游能力識(shí)別為75V，并且可將鉗制性能識(shí)別為在75V下為5.5Α且具有440W的總受保護(hù)功率。盡管在最大源電壓方面描述了該實(shí)例，但在一些實(shí)施例中，可基于負(fù)載的電壓(例如，最大負(fù)載電壓、典型負(fù)載電壓)來配置過電壓保護(hù)裝置。
[0081]上文給出的方法與選擇過電壓保護(hù)裝置的常規(guī)方法形成對比，后者包括選擇具有比源的最大源電壓大的反向工作電壓(Vm)的裝置。可查看相關(guān)擊穿額定值和擊穿電壓與最高環(huán)境工作溫度的關(guān)系。如果使用這種常規(guī)方法，則在遠(yuǎn)高于最大工作源電壓之前，可能不會(huì)開始鉗制(存在鉗制死點(diǎn))，這就可能導(dǎo)致在源的最大源電壓與過電壓保護(hù)裝置之間形成顯著死區(qū)，該死區(qū)將不能為負(fù)載提供適當(dāng)下游保護(hù)。
[0082]如果在電信背板應(yīng)用中采用上文所述的常規(guī)選擇方法，則可選擇在ImA下具有67V至74V的擊穿電壓并具有5%容差的裝置。此類裝置在65°C的工作溫度下的擊穿電壓可高達(dá)例如77V。在此類情況下，擊穿電壓將比為負(fù)載識(shí)別的最大75V的電壓高2V。
[0083]圖8為示出了用于選擇瞬態(tài)電壓抑制裝置的方法的流程圖。該方法可與為圖1所示的負(fù)載140選擇瞬態(tài)電壓抑制裝置100相關(guān)聯(lián)。
[0084]如圖8所示，可在包括負(fù)載的裝置的輸入端子處識(shí)別目標(biāo)最大工作電壓(例如，目標(biāo)最大源電壓)(方框810)。該裝置可為例如電信背板裝置、移動(dòng)電話和/或其他。
[0085]可選擇這樣的連接至負(fù)載的過電壓保護(hù)裝置，其中該過電壓保護(hù)裝置具有大致等于目標(biāo)最大工作電壓(例如，目標(biāo)最大源電壓、目標(biāo)最大負(fù)載電壓)的擊穿電壓并且其中該擊穿電壓在一工作點(diǎn)處，該工作點(diǎn)包括在負(fù)載的典型工作電壓下的穩(wěn)定電流以及由該穩(wěn)定電流誘發(fā)的溫度(方框820)。
[0086]在一些實(shí)施例中，可將過電壓保護(hù)裝置100集成到單個(gè)集成部件(例如，單個(gè)分立部件)中。在一些實(shí)施例中，可將過電壓保護(hù)裝置100集成到具有三個(gè)端子一輸入端子IN、輸出端子OUT及接地端子的單個(gè)封裝中。
[0087]本文所述的各種技術(shù)的具體實(shí)施可在數(shù)字電子電路中或在計(jì)算機(jī)硬件、固件、軟件中或在它們的組合中實(shí)現(xiàn)。方法的部分也可以通過專用邏輯電路(例如，F(xiàn)PGA(現(xiàn)場可編程門陣列)或ASIC(專用集成電路))執(zhí)行，并且裝置可用專用邏輯電路(例如，F(xiàn)PGA(現(xiàn)場可編程門陣列)或ASIC(專用集成電路))來實(shí)現(xiàn)。
[0088]具體實(shí)施可在計(jì)算系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，該計(jì)算系統(tǒng)包括后端部件(例如，數(shù)據(jù)服務(wù)器)，或者包括中間件部件(例如，應(yīng)用服務(wù)器)，或者包括前端部件(例如，具有圖形用戶界面或網(wǎng)頁瀏覽器的客戶端計(jì)算機(jī)(用戶可通過該客戶端計(jì)算機(jī)與具體實(shí)施互動(dòng)))，或者這樣的后端部件、中間部件或前端部件的任意組合。部件可通過數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信的任何形式或介質(zhì)(例如，通信網(wǎng)絡(luò))進(jìn)行互連。通信網(wǎng)絡(luò)的例子包括局域網(wǎng)(LAN)和廣域網(wǎng)(WAN)，如互聯(lián)網(wǎng)。
[0089]一些具體實(shí)施可使用各種半導(dǎo)體加工和/或封裝技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。一些實(shí)施例可使用與半導(dǎo)體襯底相關(guān)的各種類型的半導(dǎo)體加工技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，所述半導(dǎo)體襯底包括但不限于(例如)硅(Si)、砷化鎵(GaAs)、碳化硅(SiC)，等等。
[0090]雖然所描述的具體實(shí)施的某些特征已被示出為如本文所述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員現(xiàn)將可以想到許多修改、替代、變更和等同方案。因此，應(yīng)當(dāng)理解，所附權(quán)利要求旨在覆蓋落入所述實(shí)施例的范圍內(nèi)的所有此類修改和變更。應(yīng)當(dāng)理解，所述實(shí)施例僅以舉例的方式而不是以限制的方式呈現(xiàn)，并且可在形式和細(xì)節(jié)方面進(jìn)行各種變更。本文所述的裝置和/或方法的任一部分可以以任何組合方式加以組合，但相互排斥的組合除外。本文所述的實(shí)施例可包括所描述的不同實(shí)施例的功能、部件和/或特征的各種組合和/或子組合。
【權(quán)利要求】
1.一種過電壓保護(hù)系統(tǒng)，包括: 輸入端子； 過電壓保護(hù)裝置，所述過電壓保護(hù)裝置連接至所述輸入端子且被配置成經(jīng)由所述輸入端子接收能量，所述過電壓保護(hù)裝置在環(huán)境溫度下具有低于源的目標(biāo)最大工作電壓的擊穿電壓，所述源被配置成在所述輸入端子處被接收；以及 輸出端子，所述輸出端子連接至所述過電壓保護(hù)裝置及負(fù)載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電壓保護(hù)系統(tǒng)，其中，所述擊穿電壓為額定擊穿電壓，所述過電壓保護(hù)裝置在高于所述環(huán)境溫度的溫度下具有浮動(dòng)擊穿電壓額定值，所述浮動(dòng)擊穿電壓大于或等于所述目標(biāo)最大工作電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電壓保護(hù)系統(tǒng)，其中，所述擊穿電壓為在初始電流下的額定擊穿電壓，所述過電壓保護(hù)裝置在高于所述初始電流的穩(wěn)定電流下具有浮動(dòng)擊穿電壓額定值，所述浮動(dòng)擊穿電壓額定值大于或等于所述目標(biāo)最大工作電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電壓保護(hù)系統(tǒng)，其中，在所述環(huán)境溫度下的所述擊穿電壓低于在所述輸入端子處的所述目標(biāo)最大工作電壓的95%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電壓保護(hù)系統(tǒng)，其中，所述擊穿電壓為在初始電流下的額定擊穿電壓，所述過電壓保護(hù)裝置響應(yīng)于在所述源和所述負(fù)載工作期間經(jīng)由所述輸入端子接收的所述能量而具有高于所述額定擊穿電壓的穩(wěn)態(tài)擊穿電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電壓保護(hù)系統(tǒng)，其中，所述目標(biāo)最大工作電壓為在一規(guī)范內(nèi)指定的系統(tǒng)電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電壓保護(hù)系統(tǒng)，其中，所述能量為來自電源的充電電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電壓保護(hù)系統(tǒng)，其中，所述輸入端子、所述過電壓保護(hù)裝置以及所述輸出端子包括在移動(dòng)電話中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電壓保護(hù)系統(tǒng)，其中，所述輸入端子、所述過電壓保護(hù)裝置和所述輸出端子包括在電信裝置中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電壓保護(hù)系統(tǒng)，其中，所述過電壓保護(hù)裝置是瞬態(tài)電壓抑制裝置，所述瞬態(tài)電壓抑制裝置包括: 所述瞬態(tài)電壓抑制裝置的半導(dǎo)體部分； 輸入導(dǎo)電部件，所述輸入導(dǎo)電部件具有包含在所述瞬態(tài)電壓抑制裝置的所述半導(dǎo)體部分的輸入端子中的部分并且具有第一熱傳遞屏障；以及 輸出導(dǎo)電部件，所述輸出導(dǎo)電部件包含在所述瞬態(tài)電壓抑制裝置的所述半導(dǎo)體部分的輸出端子中并且具有第二熱傳遞屏障。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的過電壓保護(hù)系統(tǒng)，其中，連接至所述輸入導(dǎo)電部件的所述部分具有第一寬度，并且所述第一熱傳遞屏障具有不同于所述第一寬度的第二寬度，使得來自所述瞬態(tài)電壓抑制裝置的熱傳遞得以降低。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的過電壓保護(hù)系統(tǒng)，其中，連接至所述輸入導(dǎo)電部件的所述部分沿著第一平面對準(zhǔn)，所述第一熱傳遞屏障沿著與所述第一平面不平行的第二平面對準(zhǔn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的過電壓保護(hù)系統(tǒng)，其中，所述熱傳遞屏障由所述輸入導(dǎo)電部件中的至少一個(gè)凹口限定。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的過電壓保護(hù)系統(tǒng)，其中，連接至所述輸入導(dǎo)電部件的所述部分包括一材料，所述材料的導(dǎo)熱率高于在所述熱傳遞屏障中包括的材料的導(dǎo)熱率。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的過電壓保護(hù)系統(tǒng)，其中，所述第一熱傳遞屏障和所述第二熱傳遞屏障被配置成在工作期間改變來自所述瞬態(tài)電壓抑制裝置的熱傳遞的速率，使得用于將所述瞬態(tài)電壓抑制裝置加熱至所述瞬態(tài)電壓抑制裝置的目標(biāo)擊穿電壓的穩(wěn)定電流的量得以降低。
【文檔編號(hào)】H02H9/04GK204243743SQ201420117600
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】阿德里安·米科萊扎克 申請人:快捷半導(dǎo)體(蘇州)有限公司, 快捷半導(dǎo)體公司