半导体放电管（Thyristor Surge Suppressors）

半导体放电管是一种电压开关型瞬态抑制二极管，也称固定放电管、浪涌抑制晶闸管，是一种采用半导体工艺制成的PNPN结四层结构器件。是根据可控硅原理采用离子注入技术生产的一种新型保护器件，具有精确导通、快速响应、浪涌吸收能力强，双向对称、可靠性高等特点。

图1: 贴片半导体放电管

01、工作原理

基于半导体晶闸管开关特性，当两端电压低于击穿电压时呈高阻状态，相当于开路；当两端电压高于击穿电压时立刻响应，变为低阻状态，且电阻极低，相当于短路，过压引起的浪涌电流会及时通过半导体放电管转移到地。

图2: 典型双向半导体放电管纵结构示意图

半导体放电管一般并联在电路中应用，电路正常工作状态下TSS处于截止状态，电路中由于过电压、雷击浪涌等出现异常过电压时，TSS快速导通泄放电流，保护后端设备免遭异常过电压的损坏，异常过电压消失后，TSS又恢复到截止状态。    

02、半导体放电管伏安特性分析

图3: 半导体放电管伏安特性和开关特性

TSS开关特性包含四个区域：断态区、击穿区、负电阻区和通态区。

断态区

断态区是电压-电流特性的高电阻、低电流区。该区域从原点延伸至击穿起始点。断态电流包含反向电流和所有表面漏电流，在该区可施加反向截止电压和测量TSS的漏电流。

击穿区

击穿区是电压-电流特性的低电阻、高电压区域。该区域是从电压-电流特性的高动态电阻的低电流部分开始变化，至显著的低动态电阻区、电流剧增的区域。最终当TSS正反馈出现足以激活开通时，该区域终止。

负电阻区

负电阻区表示从击穿区开关点到通态状态的轨迹。该区域是一个动态状态，TSS管正反馈随时间而增加导致电流增加，这引起TSS两端的电压降低，直至达到通态状态。

【负阻效应】：

也被称为负微分电阻效应，是指某些电路或电子元件在某特定端口电流增加时，电压反而减少的特性。    

通态区

通态区是电压-电流特性的低电阻、高电流部分。在通态状态时，完全正反馈的晶闸管通过的电流产生最低电压降。刚好维持通态的最小电流定义为维持电流低于该电流会导致TSS关断。

03、半导体放电管主要电气参数

半导体放电管电气参数包含：反向截止电压、反向最大漏电流、维持电流、峰值脉冲电流、转折电压、转折电流、通态电压、通态电流、静态电容。

反向截止电压（VRM）

反向截止电压（VRM）也称断态重复峰值电压，断态时刻施加的包含所有直流和重复性电压分量的额定最高（峰值）瞬时电压。v反向最大漏电流（IRM）反向最大漏电流，也称断态重复峰值电流，是指施加断态重复峰值电压VRM产生的最大（峰值）断态电流。

图4: 断态重复峰值电压VRM的试验电路

VRM的测试电路如上图所示，测试验证当TSS持续承受额定断态重复峰值电压时，维持高阻抗断态的能力。断态重复峰值电压的额定值应施加在器件两端，测量IRM应不超过规定的IRM最大值，试验后器件的任何规定特性应无劣化。

维持电流（IH）

维持电流是指维持半导体放电管通态的最小电流，一旦流过的电流值小于维持电流，半导体就会恢复到截止状态。

静态电容（C）

半导体放电管处于关断状态下的结电容，也称为在静态时的电容值。

峰值脉冲电压（VPP）与峰值脉冲电流（IPP）

峰值脉冲电压是在给定波形下TSS可承受的最大峰值脉冲电压值，峰值脉冲电流是在给定波形下TSS导通时能够承受的最大脉冲电流。

VPP与IPP是衡量TSS耐受浪涌冲击能力的两个参数，两者都是越大越好。TSS根据应用场合选择10/700us和8/20us波形进行测量。

通态电压（VT）与通态电流（IT）

在规定通态电流IT条件下器件两端的电压，当电压升高到半导体放电管完全导通时，半导体放电管呈现很小的阻抗，此时两极电压为导通电压。在通态条件下，流过半导体放电管的电流，则称为通态电流。

图5: 通态电压与通态电流测试电路

采用上图所示电路测试通态电压，试验发生器TG用来产生TSS伏安特性曲线波形，TG由电流源和300ohm的分流电阻组成，试验发生器应使DUT转换进入通态，通态电压VT值应在通态电流IT的规定时间和规定值条件下测量。也可采用晶体管图示仪对TSS的通态电压及通态电流进行测量，从图示仪的伏安特性曲线上读出VT与IT。

转折电压（VS）与转折电流（IS）

转折电压也称开关电压，定义为器件转换进入通态前，在击穿区终点时器件两端的瞬时电压。

在开关电压VS条件下流过器件的瞬时电流是开关电流，也被称为转折电流。VS与IS的测试方法可参考通态电压与通态电流的测试方法。

04、TSS典型应用电路

半导体放电管（TSS）广泛应用于通信、安防、工业设备、医疗设备、激光设备等电子产品的通信保护电路中。vRS232/RS485通讯接口静电浪流涌防护方案RS232/RS485通讯信号在工业设备、医疗、自动化设备有着广泛的应用，因长距离传输的原因，线缆都较长，容易耦合外部静电浪涌干扰，损坏设备，使用TSS器件做浪涌防护、静电放电防护，效果非常好，具体参考线路设计如下：    

图6: TSS在RS232/RS485通讯防护应用

v视频信号静电浪涌防护方案监控设备、工业设备、自动化控制设备中视频信号端口被广泛应用，尤其是在视频监控领域，视频信号长距离传输时很容易耦合外部浪涌干扰、静电放电干扰，TSS管配合电阻即可以做浪涌防护，又可以做静电放电干扰防护，具体参考线路设计如下：

图7: TSS在视频信号端口防护应用