各类三端稳压器(qi)反向击穿与防护深析-KIA MOS管

信息(xi)来源(yuan)：本站　日期：2019-02-27　

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三端稳压器,反向击穿

三端稳压器介绍与分类

在(zai)了解(jie)三端稳(wen)压(ya)器反(fan)向击(ji)穿(chuan)之前(qian)(qian)，先来了解(jie)三端稳(wen)压(ya)器。是一(yi)种直到(dao)临界(jie)反(fan)向击(ji)穿(chuan)电(dian)压(ya)前(qian)(qian)都具有很高电(dian)阻的半(ban)导体器件。稳(wen)压(ya)管在(zai)反(fan)向击(ji)穿(chuan)时，在(zai)一(yi)定的电(dian)流范围(wei)内（或者(zhe)说在(zai)一(yi)定功(gong)率(lv)损耗(hao)范围(wei)内），端电(dian)压(ya)几(ji)乎不(bu)变，表现出(chu)稳(wen)压(ya)特性，因(yin)而广(guang)泛应用(yong)于稳(wen)压(ya)电(dian)源(yuan)与限幅电(dian)路之中(zhong)。

分类：

三端稳(wen)压(ya)(ya)器，主要有(you)两种(zhong)(zhong)，一种(zhong)(zhong)输(shu)出电(dian)(dian)压(ya)(ya)是固定的(de)，称(cheng)(cheng)为(wei)固定输(shu)出三端稳(wen)压(ya)(ya)管，另一种(zhong)(zhong)输(shu)出电(dian)(dian)压(ya)(ya)是可调的(de)，称(cheng)(cheng)为(wei)可调输(shu)出三端稳(wen)压(ya)(ya)器。

三端稳压器反向击穿概述

集成稳压器应用测试过程’中，任意两个管脚之(zhi)间严格禁(jin)止(zhi)出现瞬(shun)态的(de)‘反(fan)偏(pian)’状(zhuang)态（包括mS级的(de)瞬(shun)态反(fan)偏(pian)），否则电(dian)路有可(ke)能(neng)在瞬(shun)间被反(fan)偏(pian)击穿烧毁。

电路有可(ke)能出现反偏击(ji)穿的(de)外部状态：GND→IN、OUT→IN、GND→OUT、ADJ→OUT，应用(yong)中(zhong)要求：GND →IN≤|-1V|,其他管(guan)脚间(jian)为≤|-5V|。

【以(yi)上几(ji)种现象损坏的(de)稳压器、可(ke)以(yi)通(tong)过(guo)电路解剖观察芯片有不同的(de)烧毁(hui)痕迹。】

在测试或装配过程(cheng)中‘人为疏(shu)忽’造(zao)成‘反(fan)接’状态，是“没有什么措施可以保护(hu)”的。如(ru)：发生(sheng)管(guan)教倒(dao)置，输入电压极性接反(fan)、样品规格与(yu)使(shi)用规格不(bu)符等情况，必须(xu)操作中细心的加(jia)以防(fang)止。

在(zai)特定情况(kuang)下有应(ying)用(yong)电路产生的(de)‘瞬态’的(de)反(fan)偏状态，可(ke)以参考推荐保(bao)(bao)护(hu)措施增加相应(ying)保(bao)(bao)护(hu)元件(jian)还是可(ke)以避(bi)免(mian)(mian)的(de)，当缺少相应(ying)的(de)保(bao)(bao)护(hu)元件(jian)时‘偶发’条件(jian)下稳压器(qi)电路的(de)随机损坏的(de)情况(kuang)将不能避(bi)免(mian)(mian)这(zhei)种情况(kuang)引起的(de)电路失效不属于电路产品质量问题(ti)。

三端稳压器反向击穿分析与防护

排除人为不当造(zao)成(cheng)的(de)电路出现反(fan)偏(pian)(pian)情况，常见的(de)由(you)应用电路在特定条(tiao)件下产生的(de)‘瞬态(tai)’反(fan)偏(pian)(pian)状(zhuang)态(tai)及击穿机理进行简要的(de)描述和分析：

（一）OUT→IN端反偏

产生来源：

①负载时对电(dian)池类的充电(dian)应用，断电(dian)时电(dian)池并未脱离电(dian)路(lu)输(shu)出端。

②电(dian)路(lu)输(shu)入(ru)(ru)存在有大的负(fu)向脉冲，如果(guo)电(dian)路(lu)输(shu)入(ru)(ru)同(tong)时存在较大的感性负(fu)荷(he)的反电(dian)动势。

③电路输(shu)出端(duan)接入大的(de)(de)滤波电解电容。（发生(sheng)较多的(de)(de)反接击穿情况）

保(bao)护(hu)措施：

在电路I-O端之间增加(jia)保(bao)护二极(ji)管Di，将(jiang)I-O反偏电压钳(qian)位(wei)在1V以内。

三端稳压器,反向击穿

机理分析：

只要不是稳压电路输(shu)(shu)出(chu)应(ying)用环境造(zao)成的工作条件，应(ying)用中在电路输(shu)(shu)出(chu)端不应(ying)接入大的滤波电解(jie)电容。接入这(zhei)个电解(jie)有可能(neng)造(zao)成一个电路的OUT→IN端之间(jian)的‘反接’机会。

理论上，只(zhi)要(yao)电(dian)源的(de)输(shu)入(ru)滤波电(dian)解足(zu)够大，可(ke)(ke)以(yi)保证(zheng)即使在稳(wen)(wen)压电(dian)路输(shu)入(ru)电(dian)压处(chu)于纹波‘谷点’时也可(ke)(ke)以(yi)满(man)足(zu)电(dian)路稳(wen)(wen)压必(bi)须的(de)最小输(shu)入(ru)压差的(de)特定要(yao)求。电(dian)路自身具有(you)很强的(de)纹波抑制(zhi)能力，根本没有(you)必(bi)要(yao)在输(shu)出(chu)端接(jie)滤波电(dian)解电(dian)容。

接输(shu)出端的滤波(bo)电(dian)(dian)容(rong)对于(yu)电(dian)(dian)源(yuan)滤波(bo)所起的作用很小，这(zhei)个电(dian)(dian)容(rong)有时(shi)反而会造成(cheng)意外损(sun)坏稳压器电(dian)(dian)路的特定条件(jian)。

不推荐在输出(chu)(chu)端(duan)接滤波(bo)(bo)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)式由于电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)的(de)(de)‘储能(neng)作用(yong)’，电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)充电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)后可等效为一电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池，在特定的(de)(de)情况下，如(ru)输入电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)在瞬间的(de)(de)短路(lu)，感(gan)性元器件产生的(de)(de)负脉冲或关机后输入电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)下降(jiang)更(geng)快(kuai)时，有可能(neng)造成电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)VO＞VI的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位反(fan)(fan)偏状(zhuang)态(tai)。在输出(chu)(chu)端(duan)接滤波(bo)(bo)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)＞20μF以(yi)后，电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)调整(zheng)管的(de)(de)反(fan)(fan)偏-5V左右。输出(chu)(chu)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)的(de)(de)放电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)过(guo)程可能(neng)在mS量级的(de)(de)瞬态(tai)反(fan)(fan)向击穿(chuan)或损伤电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)调整(zheng)管，输出(chu)(chu)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)容(rong)(rong)量越大，反(fan)(fan)偏电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)越高(gao)，对调整(zheng)管损伤越严重(zhong)直(zhi)至烧毁(hui)。

建议：

50Hz市(shi)电(dian)(dian)(dian)整流滤(lv)波(bo)应用时，CD值为(wei)每(mei)1A负载电(dian)(dian)(dian)流取2000μf范围，否(fou)则(ze)输入纹波(bo)可(ke)能较大(da)。在稳压(ya)电(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)输入电(dian)(dian)(dian)压(ya)已经很低时，就可(ke)能造成（Vi-Vo）低于电(dian)(dian)(dian)路(lu)工作时允许的(de)最小压(ya)差（Vi-Vo）min，出现电(dian)(dian)(dian)路(lu)瞬间脱离稳压(ya)控制的(de)状态(tai)。

电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)脱离稳(wen)压(ya)(ya)状态时(shi)(shi)(shi)输(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)不等比(bi)跟踪输(shu)(shu)(shu)入(ru)变化。在(zai)(zai)(Vi-Vo)≥(Vi-Vo)min时(shi)(shi)(shi)，输(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)稳(wen)定(ding)在(zai)(zai)途(tu)中的直(zhi)线Vo段，在(zai)(zai)(Vi-Vo)＜(Vi-Vo)min时(shi)(shi)(shi)，由于这(zhei)时(shi)(shi)(shi)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)脱离稳(wen)压(ya)(ya)状态，输(shu)(shu)(shu)入(ru)的纹波电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)几乎完全镜象到(dao)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)输(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)，这(zhei)时(shi)(shi)(shi)稳(wen)压(ya)(ya)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)的纹波抑制(zhi)比(bi)功(gong)能此时(shi)(shi)(shi)不会起作用，对外表(biao)现电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)稳(wen)压(ya)(ya)特性很差或(huo)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)不能稳(wen)压(ya)(ya)。如(ru)下(xia)图中Vo为稳(wen)压(ya)(ya)时(shi)(shi)(shi)的值(zhi)、Vo'为用直(zhi)流电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)表(biao)的测量的平均(jun)值(zhi)、Vd为镜像到(dao)输(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)的输(shu)(shu)(shu)入(ru)纹波谷点电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)。

三端稳压器,反向击穿

（二）GND→IN端反偏

产生来源

在汽车类(lei)电(dian)子(zi)领(ling)域(yu)的(de)电(dian)路(lu)应用(yong)中(zhong)发(fa)生较(jiao)多，如部分车型的(de)汽车马达(da)(da)、点火系(xi)统等(deng)感(gan)性设备(bei)产生的(de)约50-200mS脉宽范(fan)(fan)围的(de)瞬态微分峰(feng)值电(dian)压可达(da)(da)+70V、-80V范(fan)(fan)围，5-20mS脉宽范(fan)(fan)围的(de)可能达(da)(da)到+110V、-250V范(fan)(fan)围。其中(zhong)的(de)负向脉冲造成(cheng)了这种反偏。（正(zheng)想脉冲可能造成(cheng)电(dian)路(lu)输(shu)出(chu)出(chu)现‘瞬态’过(guo)压击穿(chuan)烧(shao)毁）

保护措(cuo)施

将反偏电压钳位在1V以内，对于负向(xiang)脉冲增加Df进行抑制(zhi)。

三端稳压器,反向击穿

（三）GND→OUT端反偏

产生来源：

①来(lai)自正负(fu)输出(chu)配对应(ying)用(yong)，当正负(fu)输出(chu)的公共负(fu)载发生瞬态(tai)的短路时。

②电路输出存在有大(da)(da)的感(gan)性(xing)负荷，较大(da)(da)的反向(xiang)(xiang)电动势产生的负向(xiang)(xiang)脉冲。

③为获得高于稳压器标称(cheng)值的(de)电(dian)路(lu)(lu)输(shu)出，输(shu)出电(dian)压被Dz抬起一个固(gu)定电(dian)压值（如下图），没有保护二(er)极(ji)管D的(de)情况下，输(shu)出存(cun)在(zai)瞬态的(de)短路(lu)(lu)情况。

三端稳压器,反向击穿

由于设(she)计算短(duan)稳压器电(dian)(dian)(dian)路(lu)正常(chang)工(gong)作时，电(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)公共端(duan)的(de)电(dian)(dian)(dian)位(wei)应(ying)是(shi)最低的(de)（绝(jue)对值），无论任何原因造成(cheng)电(dian)(dian)(dian)路(lu)GND端(duan)电(dian)(dian)(dian)位(wei)高(gao)于其他(ta)两端(duan)电(dian)(dian)(dian)位(wei)的(de)情况，即属于电(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)‘反(fan)偏(pian)’状态，反(fan)偏(pian)电(dian)(dian)(dian)位(wei)的(de)绝(jue)对值达到5V以上时，mS量(liang)级脉宽的(de)瞬态‘反(fan)偏(pian)’就会造成(cheng)内部电(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)相(xiang)关区域受损或(huo)烧(shao)毁。这种击穿是(shi)随(sui)机(ji)发(fa)生的(de)现象，不同批(pi)次产(chan)品或(huo)同批(pi)次产(chan)品发(fa)生概率可能(neng)不同。

保护措施：

应将反偏电压钳位在1V以内。增加(jia)途中二极(ji)管D。

（四）Adj→OUT端反偏

三端稳压器,反向击穿

可调三端稳压器典型(xing)应(ying)用电路

产生(sheng)来(lai)源：

从可(ke)调系列电(dian)路的(de)典型应用电(dian)路图可(ke)以(yi)看出，应用中调整端(duan)(duan)Adj的(de)电(dian)位(wei)(wei)(wei)应永(yong)远低于(yu)输出端(duan)(duan)OUT的(de)电(dian)位(wei)(wei)(wei)，参考OUT端(duan)(duan)的(de)电(dian)位(wei)(wei)(wei)而言Vadj=VREF=-1.25V。

在(zai)输出电(dian)(dian)压取样回(hui)路中，VR2=Vadj=VO-VREF=VO-1.25V≈VO，可(ke)见在(zai)可(ke)调(diao)系列电(dian)(dian)路读书处取样回(hui)路中，电(dian)(dian)压几乎是全(quan)部(bu)的降在(zai)可(ke)调(diao)电(dian)(dian)阻R2上。因此、VC3=VR2≈VO。

产生(sheng)VO-ADJ端‘反接(jie)’的(de)(de)原(yuan)因(yin)：应用中在(zai)可调系列(lie)电(dian)路时，在(zai)输出(chu)(chu)下取样电(dian)阻的(de)(de)两端并(bing)联(lian)一支10μ~47μ的(de)(de)输出(chu)(chu)纹(wen)波抑(yi)制电(dian)解(jie)C3，这个C3确实可起到(dao)减小输出(chu)(chu)纹(wen)波电(dian)压的(de)(de)作用（注意：纹(wen)波参数测(ce)试时，对(dui)C3的(de)(de)容量也是(shi)有具(ju)体要求的(de)(de)）。但因(yin)有VC3=VR2≈VO的(de)(de)存(cun)在(zai)，接(jie)入这个电(dian)解(jie)也创造(zao)了一个ADJ→VO端之间的(de)(de)电(dian)路‘反接(jie)’机会。

三端稳压器,反向击穿

可调三端内部电路简图(tu)

从(cong)内部电(dian)(dian)路(lu)(lu)的(de)局(ju)部电(dian)(dian)路(lu)(lu)图中可以(yi)看出(chu)，在VO-Adj端(duan)的(de)反偏足够大时，Q17的(de)EB结就可能因(yin)为(wei)电(dian)(dian)压反偏被击穿，但足可以(yi)烧毁与(yu)电(dian)(dian)阻R14相关的(de)电(dian)(dian)阻体(ti)、10~20μm宽的(de)铝引线层、引线孔等(deng)局(ju)部电(dian)(dian)路(lu)(lu)部分(fen)。当外部表征(zheng)为(wei)器件的(de)输出(chu)电(dian)(dian)压不能进行调整时，这时电(dian)(dian)路(lu)(lu)已经(jing)失效(xiao)了。

造(zao)成这(zhei)类(lei)击穿(chuan)由于三极(ji)管的BVEBO是(shi)很(hen)低的（不(bu)妨用(yong)分立(li)器(qi)件(jian)的三极(ji)管实(shi)测一下）。从(cong)图中(zhong)(zhong)可以看出、接于Adj端(duan)的C3是(shi)通(tong)过调整电(dian)流Iadj进行(xing)充电(dian)的，但C3被(bei)充电(dian)后自(zi)身是(shi)没有‘低阻的’放(fang)电(dian)通(tong)路的。如(ru)果应用(yong)中(zhong)(zhong)设点VO较高，由于VC3≈VO，必然有C3两端(duan)的电(dian)压VC3也很(hen)高。如(ru)这(zhei)时(shi)出现VO≈0时(shi)的瞬(shun)间‘短(duan)路’状态，必然造(zao)成Adj→VO端(duan)的反偏击穿(chuan)，C3储存的能量通(tong)过调整端(duan)内部电(dian)路进行(xing)逆向(xiang)放(fang)电(dian)（放(fang)电(dian)通(tong)路用(yong)虚(xu)线表示(shi)）。

在C3＞10μF、VC3＞5V以后(hou)，仅需mS量级的瞬态，就有可能(neng)烧伤稳压器调整端内(nei)部的局部电路，由于烧毁所需能(neng)量很小(xiao)，因此显微镜下观(guan)察这种造成电路失效的烧痕最小(xiao)，一般(ban)仅在20μm×20μm范围(wei)以内(nei)。

保护措(cuo)施：

增加典型(xing)应(ying)用电(dian)路图中的反向钳(qian)位(wei)二极管DO。

防止测(ce)试中电路(lu)样品异常损坏：

针对正压可调系(xi)列电路，测试仪器使用前应(ying)明确必(bi)须有反向钳位(wei)二极(ji)管DO存在。

其(qi)理由很简单对于正(zheng)可调(diao)系列金属封(feng)装(zhuang)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)，金属壳体的(de)(de)装(zhuang)配孔(kong)(kong)为第(di)三引出端(duan)(duan)、并被定义为电(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)的(de)(de)输(shu)出端(duan)(duan)。对样品(pin)进行测(ce)试时(shi)、先接(jie)触插座的(de)(de)肯定是插入孔(kong)(kong)中(zhong)的(de)(de)1脚(jiao)、2脚(jiao)，即(ji)输(shu)入端(duan)(duan)和调(diao)整(zheng)(zheng)端(duan)(duan)，一(yi)旦1脚(jiao)、2脚(jiao)插入后、电(dian)(dian)(dian)源立(li)刻通过调(diao)整(zheng)(zheng)电(dian)(dian)(dian)流Iadj对接(jie)在C3充电(dian)(dian)(dian)。如(ru)设定的(de)(de)VC3较高、最后接(jie)触插座的(de)(de)输(shu)出端(duan)(duan)可能(neng)存在短(duan)路(lu)(lu)的(de)(de)条(tiao)件时(shi)（可参(can)考(kao)下(xia)方C-V图的(de)(de)△t瞬间），就有可能(neng)在测(ce)试中(zhong)烧伤稳压器(qi)调(diao)整(zheng)(zheng)内部的(de)(de)局部电(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)。

三端稳压器,反向击穿