CN113380883A - 半导体放电管及供电电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体放电管及供电电路。所述半导体放电管包括：半导体层和控制电极。半导体层包括：第一扩散区、第二扩散区和第三扩散区；其中，所述第一扩散区位于所述半导体层的顶部；所述第二扩散区和所述第三扩散区均位于所述第一扩散区的顶部，占据所述第一扩散区的部分区域；所述第二扩散区位于所述第一扩散区的内部；所述第三扩散区与所述第一扩散区接触；控制电极位于所述半导体层的顶部表面，与所述第一扩散区接触。本发明实施例可以使半导体放电管的开启方式更灵活，从而提高半导体放电管对应用其的电路的保护效果，以及扩大半导体放电管的应用范围。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体放电管及供电电路。
背景技术
半导体放电管(Thyristor Surge Suppressor，TSS)是利用晶闸管原理制成的开关型保护器件。作为一种重要的保护器件，TSS不仅可以吸收闪电、电源通断所产生的感应电压，还可以吸收由于高压线路与信号线路之间的意外接触或者错误操作所造成的过电压。现有的TSS的工作原理为：当TSS两端的过电压超过TSS的击穿电压时，TSS将过电压钳位至比击穿电压更低的电位上，之后TSS持续这种短路状态，直到流过TSS的过电流降到临界值以下后，TSS恢复开路状态。然而，对于现有的TSS，在外接电压未达到其击穿电压时，即使电路中发生过流等其他故障，TSS也无法导通，无法对后级电路进行保护。因此，现有的半导体放电管存在开启方式单一，对电路的保护效果较差，应用范围较小的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种半导体放电管及供电电路，以使半导体放电管的开启方式更灵活，从而提高半导体放电管对应用其的电路的保护效果，以及扩大半导体放电管的应用范围。
第一方面，本发明实施例提供了一种半导体放电管，包括：
半导体层，包括：第一扩散区、第二扩散区和第三扩散区；其中，所述第一扩散区位于所述半导体层的顶部；所述第二扩散区和所述第三扩散区均位于所述第一扩散区的顶部，占据所述第一扩散区的部分区域；所述第二扩散区位于所述第一扩散区的内部；所述第三扩散区与所述第一扩散区接触；
控制电极，位于所述半导体层的顶部表面，与所述第一扩散区接触。
可选地，所述第三扩散区的部分区域位于所述第一扩散区内部，且所述第三扩散区的部分区域位于所述第一扩散区的外部。
可选地，所述控制电极与所述半导体层接触的表面全部与所述第一扩散区接触。
可选地，所述第一扩散区与所述第二扩散区的多数载流子的类型不同，所述第二扩散区与所述第三扩散区的多数载流子的类型相同。
可选地，所述第一扩散区为P型区；所述第二扩散区和所述第三扩散区均为N型区。
可选地，所述半导体层还包括：
第四扩散区，位于所述半导体层的底部；
所述半导体放电管还包括：
第一电极，位于所述半导体层的底部表面，且与所述第四扩散区接触；
第二电极，位于所述半导体层的顶部表面，且与所述第二扩散区接触。
可选地，所述第一电极与所述半导体层接触的表面全部与所述第四扩散区接触；
所述第二电极与所述半导体层接触的表面全部与所述第二扩散区接触。
第二方面，本发明实施例还提供了一种供电电路，包括：如本发明任意实施例所提供的半导体放电管。
可选地，所述供电电路还包括：电源适配器和被保护模块；
所述电源适配器包括输入端、正极输出端和负极输出端；所述电源适配器的输入端接入电源信号，所述电源适配器的负极输出端接地；
所述被保护模块包括第一电源端和第二电源端；所述被保护模块的第一电源端与所述电源适配器的正极输出端电连接，所述被保护模块的第二电源端接地；
所述半导体放电管的第一电极与所述电源适配器的正极输出端电连接，所述半导体放电管的第二电极接地；所述半导体放电管用于在所述电源适配器的输出电压大于第一预设电压时导通。
可选地，所述被保护模块中包括电信号测量单元，所述电信号测量单元的输出端为所述被保护模块的测量信号输出端；所述电信号测量单元用于检测所述电源适配器向所述被保护模块输出的电信号；
所述供电电路还包括：第一控制模块；所述第一控制模块包括测量信号输入端、接地端和控制信号输出端；所述第一控制模块的测量信号输入端与所述被保护模块的测量信号输出端电连接，所述第一控制模块的接地端接地，所述第一控制模块的控制信号输出端与所述半导体放电管的控制电极电连接；所述第一控制模块用于在所述电源适配器提供的电信号超过预设信号阈值时，控制所述半导体放电管导通。
可选地，所述第一控制模块还包括：过温信号输入端；
所述供电电路还包括：温度敏感型器件；所述温度敏感型器件包括第一端和第二端；所述温度敏感型器件的第一端接地，所述温度敏感型器件的第二端与所述第一控制模块的过温信号输入端电连接；所述温度敏感型器件设置于所述电源适配器附近，用于检测所述电源适配器的接口温度；
所述第一控制模块还用于在所述接口温度超过预设温度时，控制所述半导体放电管导通。
可选地，所述电源适配器包括：过流保护单元；所述过流保护单元用于检测所述电源适配器输出的电流，并在所述电源适配器输出的电流大于预设电流时断开所述电源适配器的输出。
可选地，所述供电电路还包括：电源模块和负载模块；
所述半导体放电管串联连接于所述电源模块和所述负载模块之间，所述半导体放电管用于接收控制信号，以控制所述半导体放电管导通或断开。
可选地，所述供电电路还包括：
检测模块，所述检测模块包括检测信号输出端和接地端；所述检测模块的接地端接地；所述检测模块用于输出检测信号；
第二控制模块，所述第二控制模块包括检测信号输入端、接地端和控制信号输出端；所述第二控制模块的检测信号输入端与所述检测模块的检测信号输出端电连接，所述第二控制模块的接地端接地，所述第二控制模块的控制信号输出端与所述半导体放电管的控制电极电连接；所述第二控制模块用于在所述检测信号符合预设条件时，控制所述半导体放电管导通。
本发明实施例所提供的半导体放电管，在半导体层中设置有第二扩散区和第三扩散区，通过调整第三扩散区的掺杂浓度可以实现对半导体放电管击穿电压的调整，使半导体放电管的开启电压可以根据实际应用需求进行调整。并且，本发明实施例设置半导体放电管包括控制电极，即使半导体放电管上施加的电压小于击穿电压，也可通过控制电极开启半导体放电管。具体而言，可以通过在控制电极施加正向偏压的方式，对第一扩散区进行电流注入，从而开启器件。那么，当被保护电路出现除过电压外的其他故障时，可以通过控制电极开启半导体放电管，从而实现更好的防护作用。并且，该半导体放电管作为可控放电管，除去用作保护电路外，还可以作为可控开关管应用于其他电路中。因此，与现有技术相比，本发明实施例可以使半导体放电管的开启方式更灵活，从而提高半导体放电管对应用其的电路的保护效果，以及扩大半导体放电管的应用范围。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种半导体放电管的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种半导体放电管的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种图2中半导体放电管的等效电路示意图；
图4是本发明实施例提供的一种半导体放电管的伏安特性曲线示意图；
图5是本发明实施例提供的一种供电电路的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的另一种供电电路的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的又一种供电电路的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的又一种供电电路的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的又一种供电电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明实施例提供了一种半导体放电管，该半导体放电管包括控制电极，即使其上施加的电压并未达到放电管的击穿电压，也可通过控制电极将该放电管开启。因此，该半导体放电管也称可控半导体放电管(Controlled Thyristor Surge Suppresser，CTSS)。图1是本发明实施例提供的一种半导体放电管的结构示意图，参见图1，该半导体放电管CTSS包括：半导体层10和控制电极20。
半导体层10包括：第一扩散区110、第二扩散区120和第三扩散区130。其中，第一扩散区110位于半导体层10的顶部；第二扩散区120和第三扩散区130均位于第一扩散区110的顶部，占据第一扩散区110的部分区域；第二扩散区120位于第一扩散区110的内部；第三扩散区130与第一扩散区110接触。控制电极20位于半导体层10的顶部表面，与第一扩散区110接触。
本领域技术人员可以理解，半导体层10还包括基材层150，基材层150的材料为半导体材料。示例性地，第一扩散区110、第二扩散区120和第三扩散区130均可以通过扩散工艺形成于基材层150上。
本发明实施例所提供的半导体放电管CTSS，在半导体层10中设置有第二扩散区120和第三扩散区130，通过调整第三扩散区130的掺杂浓度可以实现对半导体放电管CTSS击穿电压的调整，使半导体放电管CTSS的开启电压可以根据实际应用需求进行调整。并且，本发明实施例设置半导体放电管CTSS包括控制电极20，即使半导体放电管CTSS上施加的电压小于击穿电压，也可通过控制电极20开启半导体放电管CTSS。具体而言，可以通过在控制电极20施加正向偏压的方式，对第一扩散区110进行电流注入，从而开启器件。那么，当被保护电路出现除过电压外的其他故障时，可以通过控制电极20开启半导体放电管CTSS，从而实现更好的防护作用。并且，该半导体放电管CTSS作为可控放电管，除去用作保护电路外，还可以作为可控开关管应用于其他电路中。因此，本发明实施例可以使半导体放电管CTSS的开启方式更灵活，从而能够提高半导体放电管CTSS对应用其的电路的保护效果，以及扩大半导体放电管CTSS的应用范围。
继续参见图1，在上述各实施方式的基础上，可选地，半导体层10中还包括：第四扩散区140、第一电极30和第二电极40。其中，第四扩散区140位于半导体层10的底部；第一电极30位于半导体层10的底部表面，且与第四扩散区140接触；第二电极40位于半导体层10的顶部表面，且与第二扩散区120接触。可选地，第一电极30的大小可以根据实际需求进行设置。例如，当半导体放电管CTSS的膜层结构中需要与晶闸管结构并联的反向二极管结构时，第一电极30可以设置为铺满整个半导体层10的底部表面。可选地，第一电极30、第二电极40和控制电极20均可以是金属电极。
示例性地，第一扩散区110与第四扩散区140的多数载流子的类型相同；第一扩散区110与第二扩散区120的多数载流子的类型不同；基材层150、第二扩散区120与第三扩散区130的多数载流子的类型相同。这样，第四扩散区140与基材层150之间形成PN结，基材层150与第一扩散区110之间形成PN结，第一扩散区110与第二扩散区120之间形成PN结，第一扩散区110与第三扩散区130之间形成PN结。
图2是本发明实施例提供的另一种半导体放电管的结构示意图。参见图2，在一种实施方式中，可选地，第四扩散区P1和第一扩散区P2为P型区；基材层N1、第二扩散区N2和第三扩散区N3均为N型区；控制电极20与半导体层10接触的表面全部与第一扩散区110接触；第一电极30与半导体层10接触的表面全部与第四扩散区140接触；第二电极40与半导体层10接触的表面全部与第二扩散区120接触。下面以图2中的结构为例，对半导体放电管CTSS的工作原理进行说明，但不作为对本发明的限定。
参见图2，在一种实施方式中，可选地，第四扩散区P1与基材层N1形成第一PN结(以J1表示)，第一扩散区P2与第基材层N1形成第二PN结(以J2表示)，第一扩散区P2与第二扩散区N2形成第三PN结(以J3表示)，第一扩散区P2与第三扩散区N3形成第四PN结(以J4表示)。使用时，当需要控制电极20作用时，在控制电极20处施加偏压。
示例性地，该半导体放电管CTSS的工作原理包括：
1)在第一电极30和第二电极40之间施加电压，但控制电极20不作用。在第一电极30处施加正电压，在第二电极40处施加负电压。第二PN结J2和第四PN结J4均为反偏结。若不设置第三扩散区N3，即不存在第四PN结J4时，当第一电极30和第二电极40之间施加的电压达到第二PN结J2的击穿电压时，放电管导通。但在本实施例中，由于设置了第三扩散区N3，通过控制第三扩散区N3的掺杂浓度，可以控制第四PN结(反偏结)的击穿电压，使第四PN结J4先于第二PN结J2发生雪崩击穿，将电流引入第一扩散区P2，从而触发第二扩散区N2，最终导致该半导体放电管CTSS导通进入低阻状态。
在本实施例中，第三扩散区N3的设置，使得第一扩散区P2与第三扩散区N3之间形成反偏结，从而使得该器件的击穿电压可控。第二扩散区N2的设置，使得第四扩散区P1、基材层N1、第一扩散区P2和第二扩散区N2形成PNPN形式的正反馈结构，是构成半导体放电管CTSS的主体结构。
2)在控制电极20施加正向偏压。控制电极20也可称作半导体放电管CTSS的门极(GATE)。此时，参见图3，第四扩散区P1、基材层N1和第一扩散区P2形成PNP形式的第一三极管T1，基材层N1、第一扩散区P2和第二扩散区N2形成NPN形式的第二三极管T2。第一三极管T1与第二三极管T2连接成正反馈结构。当在第一电极30和第二电极40施加的电压并未达到第四PN结J4的击穿电压时，控制电极20施加的电压对第一扩散区P2进行电流注入，相当于为第二三极管T2的控制极提供了一注入电流，该注入电流在第一三极管T1和第二三极管T2构成的正反馈结构中循环增大，最终开启器件。
图4是本发明实施例提供的一种半导体放电管的伏安特性曲线示意图。参见图4，该半导体放电管CTSS为单向半导体放电管。横轴表示半导体放电管CTSS两端的电压V，纵轴表示流过半导体放电管CTSS的电流I。根据半导体放电管CTSS在第一象限的伏安特性曲线可知，当半导体放电管CTSS两端(第一电极30和第二电极40之间)的外加正向电压低于断态电压VDRM时，漏电流很小，器件处于断开状态。当半导体放电管CTSS两端的外加正向电压大于转折电压VS时，半导体放电管CTSS很快进入导通状态，器件两端的压降很小。当半导体放电管CTSS两端的外加正向电压去掉后，或外加正向电压减小至0，电流很快就降到低于维持电流IH的状态，半导体放电管CTSS自然恢复，回到断开状态。
根据半导体放电管CTSS在第三象限的伏安特性曲线可知，当半导体放电管两端的外加负向电压的绝对值高于电压VS2时，电压VS2的绝对值小于转折电压VS，半导体放电管CTSS两端的压降很小。当半导体放电管CTSS两端的外加负向电压的绝对值小于电压VS2时，半导体放电管CTSS进入关断状态。
在本实施例中，在第一扩散区P2的顶面设置有控制电极20，在需要时，可以通过在控制电极20施加正向偏压的方式向器件施加电流，从而开启器件。
综上，本实施例所提供的半导体放电管CTSS，既可以实现过压保护，又可以在需要的时候通过控制电极20开启保护。
继续参见图1，在上述各实施方式的基础上，可选地，第三扩散区130的部分区域位于第一扩散区110内部，且第三扩散区130的部分区域位于第一扩散区110的外部。这样，可以保证第三扩散区130既与基材层150接触，又与第一扩散区110接触，以保证电流可以由基材层150传输至第三扩散区130，且保证能形成第四PN结，从而使半导体放电管CTSS的击穿电压可控。
上述各实施例示例性地给出了半导体放电管CTSS的结构和工作原理，下面，以图2提供的半导体放电管CTSS为例，对半导体放电管CTSS的制备步骤进行说明，但不作为对本发明的限定。
可选地，半导体放电管的制备步骤包括：
1、制备基材层N1。
其中，基材层N1可以采用N型掺杂的半导体材料，半导体基材可以采用硅、锗硅、砷化镓、碳化硅或氮化镓等材料。在提供基材层N1后，可以在其表面进行一次氧化，形成氧化层。
2、在基材层N1上形成第一扩散区P2和第四扩散区P1。
其中，可以采用光刻方式在基材层N1上刻蚀P型区(基区光刻)；例如：采用双面光刻机在基材层N1双面光刻P型区，以同时形成第一扩散区P2和第四扩散区P1。然后对P型区进行P型离子注入掺杂，比如进行硼扩散。并在扩散完成后进行氧化，比如进行硼氧化。
3、形成第二扩散区N2和第三扩散区N3。
其中，可以采用光刻方式在半导体层顶面刻蚀N型区(发射光刻)；然后对N型区进行N型离子注入掺杂，比如进行磷扩散。并在扩散完成后进行氧化，比如进行磷氧化。
4、对接触孔进行刻蚀(引线光刻)。
5、形成第一电极30、第二电极40和控制电极20。
首先，在半导体层表面进行双面金属化，比如在半导体层的顶面和底面分别进行金属层沉积。然后对金属层进行光刻，保留第一电极30、第二电极40和控制电极20的部分。最后对金属层进行合金处理。
6、测试半导体放电管。
7、划片，形成单体半导体放电管。
通过上述步骤制备而成的半导体放电管CTSS，既可以实现过压保护，又可以在需要的时候通过控制电极20开启保护。
本发明实施例还提供了一种供电电路，包括如本发明任意实施例所提供的的半导体放电管，具有相应的有益效果。该供电电路既可以是供电保护电路，应用该带控制电极的半导体放电管，可以实现浪涌、过压和过流等多重保护；也可以是供电控制电路，通过控制半导体放电管的通断可以控制是否向负载供电。下面，通过几个具体实施例对半导体放电管在供电电路中的应用进行说明，但不作为对本发明的限定。
图5是本发明实施例提供的一种供电电路的结构示意图。参见图5，在一种实施方式中，可选地，供电电路为具备供电保护作用的电路。
经发明人研究发现，现有的电子设备通常都采用电源适配器通过直流接口供电、充电。在供电、充电过程中市电电网的波动，以及插拔直流接口设备都可能遭受浪涌或过压损坏电子设备；现有技术通常采用瞬态二极管(Transient Voltage Suppressor，TVS)或传统的TSS作为浪涌防护，但由于TVS和TSS都为电压开启，并不具备可控性，只能实现被动防护，过压保护精度不足。若想要增加主动防护，则必须配合MOS管等可控晶体管来实现直流接口防护。因此传统的供电保护电路，若要保证可靠性，就存在成本高，占用电路板面积大的问题。
基于上述研究，发明人提出应用可控的半导体放电管CTSS的供电保护电路，以在保证保护效果的基础上，降低电路成本，节省电路板面积。参见图5，在一种实施方式中，可选地，该供电电路包括：电源适配器210、被保护模块220和半导体放电管CTSS。
其中，电源适配器210包括输入端、正极输出端和负极输出端；电源适配器210的输入端接入电源信号Ve，电源适配器210的负极输出端接地；被保护模块220包括第一电源端和第二电源端；被保护模块220的第一电源端与电源适配器210的正极输出端电连接，被保护模块220的第二电源端接地。半导体放电管CTSS并联在电源适配器210的两输出端之间。具体地，半导体放电管CTSS的第一电极与电源适配器210的正极输出端电连接，半导体放电管CTSS的第二电极接地；半导体放电管CTSS用于在电源适配器210的输出电压大于第一预设电压时导通。
其中，电源信号Ve可以是市电。示例性地，电源适配器210可以为具备打嗝功能的电源转换设备，例如：ACDC/DCDC开关电源、ACDC/DCDC充电器或ACDC/DCDC汽车充电桩等。
示例性地，该供电电路的供电保护原理为：
当电源适配器210的正极输出端和负极输出端出现过压超过半导体放电管CTSS的开启电压(第一预设电压)的情况时，比如出现了浪涌或因故障引起的持续过压，使得半导体放电管CTSS完全开启呈现低阻导通状态。浪涌电流或者过电流从电源适配器210的正极输出端流经半导体放电管CTSS返回电源适配器210的负极输出端，将过电压钳位到较低范围，从而实现对后级被保护模块220的保护。
在上述各实施方式的基础上，可选地，半导体放电管CTSS的控制电极可以接入控制信号Sc，在需要时，通过控制信号Sc控制半导体放电管CTSS导通。例如，当电路可承受的最大过电压低于半导体放电管CTSS的开启电压时，可以通过控制信号Sc设置一定的过电压阈值，以保证保护效果。并且，即使电路可承受的最大过电压等于或超过半导体放电管CTSS的开启电压，通过控制信号Sc设置更小的过电压阈值，可给被保护模块220预留更多的保护余量。假设被保护模块220的工作电压是20V，能承受的最大过电压是28V，半导体放电管CTSS的开启电压是27V。那么，若无控制信号Sc的作用，留给被保护模块220的保护余量是(28-27)＝1V；若通过控制信号Sc设置过电压阈值为低于27V的值，比如24V，当被保护模块220上施加的电压超过24V时，控制信号Sc就会开启半导体放电管CTSS，因此留给被保护模块220的保护余量是(28-24)＝4V。因此，本发明实施例提供的供电电路可以实现更可靠的防护。
并且，本发明实施例所提供的半导体放电管CTSS，响应浪涌电压时间快(小于1纳秒)。该器件在开启后能承受大于3.5安培以上的电流在5分钟内不会损坏。相比瞬态二极管TVS，半导体放电管CTSS的发热量小，承压能力强；且该器件是开关型器件，过压后导通阻抗小，能瞬间能承受极大的浪涌电流。以及，该器件控制电极的控制电流极小(1mA-5mA)，适合控制单元只能输出小电流的电路系统，相较需要增加驱动电路才能开启的电路更节省成本。综上，相较于TVS+MOS的方案，本实施例所提供的供电电路同样具有主动性，过压阈值可设置，精度高，过压防护可靠，并且所占据的芯片面积小、占用电路板面积小、成本更低。
图6是本发明实施例提供的另一种供电电路的结构示意图。参见图6，在上述各实施方式的基础上，可选地，在具备供电保护作用的供电电路中，被保护模块220还包括：电信号测量单元221，供电电路还包括：第一控制模块230。
电信号测量单元221的输出端为被保护模块220的测量信号输出端；电信号测量单元221用于检测电源适配器210向被保护模块220输出的电信号。其中，电源适配器210向被保护模块220输出的电信号可以包括：电源适配器210的正极输出端和负极输出端之间的电压信号、流过被保护模块220的电流信号或电源适配器210输出的功率信号等。电信号的具体类型可根据实际需求确定，此处不做限定。第一控制模块230包括测量信号输入端、接地端和控制信号输出端；第一控制模块230的测量信号输入端与被保护模块220的测量信号输出端电连接，第一控制模块230的接地端接地，第一控制模块230的控制信号输出端与半导体放电管CTSS的控制电极电连接；第一控制模块230用于在电源适配器210提供的电信号超过预设信号阈值时，控制半导体放电管CTSS导通。
可选地，电信号测量单元221可以是电压测量单元、电流测量单元和功率测量单元中的一种或多种，可以实现独立或组合保护功能。
具体地，当电信号测量单元221包括电压测量单元时，其检测的电信号包括电压信号，可以实时检测电源适配器输出的电压并传输给第一控制模块230，以实现持续过压保护。第一控制模块230在电源适配器210的输出电压超过第二预设电压时，通过输出的控制信号控制半导体放电管CTSS导通；其中，第二预设电压即为设定的过电压阈值，其小于第一预设电压(半导体放电管CTSS的开启电压)。
当电信号测量单元221包括电流测量单元时，其检测的电信号包括电流信号，可以实时检测电源适配器输出的电流并传输给第一控制模块230，以实现持续过流保护。第一控制模块230在电源适配器210的输出电流超过预设电流阈值时，通过输出的控制信号控制半导体放电管CTSS导通。
当电信号测量单元221包括功率测量单元时，其检测的电信号包括功率信号，可以实时检测电源适配器输出的功率并传输给第一控制模块230，以实现持续过载保护。第一控制模块230在电源适配器210的输出功率超过预设功率阈值时，通过输出的控制信号控制半导体放电管CTSS导通。
在上述各实施方式的基础上，可选地，第一控制模块230可内置电源单元，以供第一控制模块230的独立工作。电信号测量单元221除去具有电信号监测的功能外，其内部可设置有比较模块，可对该被保护模块220允许的预设信号阈值进行设置，然后将比较结果直接传递给第一控制模块230，以减少第一控制模块230的运算过程。
继续参见图6，在上述各实施方式的基础上，可选地，电源适配器210包括：过流保护单元211和输出电容C；输出电容C的第一端为电源适配器210的正极输出端，输出电容C的第二端为电源适配器210的负极输出端；电源适配器210通过输出电容向外供电。过流保护单元211并联在输出电容C两端，用于检测电源适配器210输出的电流，并在电源适配器210输出的电流大于预设电流时断开电源适配器210的输出。
其中，当半导体放电管CTSS开启时，其发热情况由消耗功率P＝I2R决定，其中，I为流过半导体放电管CTSS的电流，R为半导体放电管CTSS的等效电阻。而又有I＝Q/t，其中，Q为输出电容C上积累的电荷量。对于输出电容C，有Q＝CU；其中，U表示输出电容C两端的电压。那么，通过合理设置过电压阈值(即输出电容C两端的电压U)，可以避免输出电容C由于电压U过高而积累过多的电荷，从而避免半导体放电管CTSS由于过热而损坏，使得该供电电路更安全可靠。
示例性地，该供电电路的保护原理为：无论发生浪涌还是持续过电压，无论半导体放电管CTSS自行导通还是在控制信号的作用下导通，只要半导体放电管CTSS导通，相当于短路状态，那么从电源适配器210的正极输出端经半导体放电管CTSS流回电源适配器210负极输出端的短路电流就会超过过流保护单元211的预设电流，使得过流保护单元211关闭电源适配器210的输出，实现更好的过压保护，并可以减少半导体放电管CTSS的导通时间，延长半导体放电管CTSS的使用寿命。
继续参见图6，在上述各实施方式的基础上，可选地，第一控制模块230还包括：过温信号输入端；供电电路还包括：温度敏感型器件241。温度敏感型器件241包括第一端和第二端；温度敏感型器件241的第一端接地，温度敏感型器件241的第二端与第一控制模块230的过温信号输入端电连接；温度敏感型器件241设置于电源适配器210附近，用于检测电源适配器210的接口温度。示例性地，温度敏感型器件241可以是热敏电阻。第一控制模块230还用于在接口温度超过预设温度时，控制半导体放电管CTSS导通。
其中，电源适配器210的两输出接口在使用过程中会在正极输出端与负极输出端之间积累脏污2，当后级电路与电源适配器210插接时，脏污2会漏电发热，漏电流从电源适配器210的正极输出端经脏污2流向负极输出端，当脏污2发热严重时会危及设备的安全使用，但通常流经脏污2的漏电流小于过流保护单元211的预设电流，仅通过过流保护单元211并不能很好地判断电源适配器输出接口是否过热。
本发明实施例通过在电源适配器210的接口附近放置温度敏感型器件241，温度敏感型器件241可以监测接口的发热温度并将接口温度信号传递给第一控制模块230，当第一控制模块230判断接口温度超过预设温度时，控制半导体放电管CTSS导通对地短路，短路电流超过过流保护单元211的预设电流，过流保护单元211关闭电源适配器210的输出，从而避免电源适配器210的接口区域进一步发热损伤使用者或损坏设备。
综上，本发明实施例提供的供电电路中，半导体放电管CTSS和温度敏感型器件241共同构成保护模块240，在电路发生发热、过压和浪涌问题时，都会开启本电路对地短路，从而达到三重保护的目的，使供电电路的运行安全可靠。
图7是本发明实施例提供的又一种供电电路的结构示意图。参见图7，在一种实施方式中，可选地，供电电路可以是具备供电控制作用的电路。该供电电路包括：电源模块310、负载模块320和半导体放电管CTSS。半导体放电管CTSS串联连接于电源模块310和负载模块320之间，半导体放电管CTSS用于接收控制信号Sc，以控制半导体放电管CTSS导通或断开。
本实施例中，通过将带控制电极的半导体放电管CTSS串联在电源模块310和负载模块320之间，实现了电源模块310是否向负载模块320供电的控制，使供电电路的工作模式可控，可以仅在有需求时控制半导体放电管CTSS导通，减少能源的损耗。示例性地，半导体放电管CTSS的在电路中的连接方式可以如图7所示，半导体放电管CTSS串联在电源模块310的正极输出端和负载模块320的正极输入端之间；也可以如图8所示，半导体放电管CTSS串联在电源模块310的负极输出端和负载模块320的负极输入端之间。实际应用时，半导体放电管CTSS的连接方式可以根据实际需求进行选取，此处不作限定。
图9是本发明实施例提供的又一种供电电路的结构示意图。参见图9，在上述各实施方式的基础上，可选地，供电电路还包括：检测模块330和第二控制模块340。
检测模块330包括检测信号输出端和接地端；检测模块330的接地端接地；检测模块330用于输出检测信号；第二控制模块340包括检测信号输入端、接地端和控制信号输出端；第二控制模块340的检测信号输入端与检测模块330的检测信号输出端电连接，第二控制模块340的接地端接地，第二控制模块340的控制信号输出端与半导体放电管CTSS的控制电极电连接；第二控制模块340用于在检测信号符合预设条件时，控制半导体放电管CTSS导通。
示例性地，该供电电路的工作原理为：
检测模块330检测供电电路所处的环境信号或供电电路本身的电信号，并输出检测信号；第二控制模块340判断检测信号是否符合预设条件，比如，判断检测信号的值是否超过预设阈值或者低于预设阈值等；且第二控制模块340根据判断结果输出控制信号；半导体放电管CTSS在控制信号的作用下导通或关断。其中，当检测信号符合预设条件时，第二控制模块340通过控制信号线开启半导体放电管CTSS，使电源模块310给负载模块320提供电能。需要注意的是，该供电电路还包含以下特性，在实际应用中可以根据应用场景加以利用：参见图4，在本实施例中，当负载电流小于半导体放电管CTSS的IH电流或者电源模块310提供的电流小于IH电流时，半导体放电管CTSS可以关闭成高阻抗近似开路状态，若电源模块310提供的是交流电，当处于过零点附近时也可以使半导体放电管CTSS可以关闭成高阻抗近似开路状态，半导体放电管CTSS关闭后直到第二控制模块340的指示器件开启的控制信号到达时再开启。
示例性地，检测模块330可以检测供电电路所处的环境信号或供电电路本身的电信号。例如，检测模块330为温度传感器，负载模块320为制冷设备，供电电路为制冷设备的供电电路。那么，检测信号即为温度信号，当温度信号指示当前温度高于温度阈值时，记为符合预设条件，第二控制模块340通过控制信号控制半导体放电管CTSS开启，电源模块310向负载模块320供电，制冷设备开始制冷。
或者，检测模块330为电压传感器，负载模块320为电子设备或电池，检测信号为电压信号，预设条件为：电压信号指示当前电压低于预设电压阈值。那么，电压信号满足预设条件时，整个供电电路处于安全运行范围内，那么，电子设备可以继续运行或者电池可以安全充电，第二控制模块340通过控制信号控制半导体放电管CTSS开启，电源模块310持续向负载模块320供电。
或者，检测模块330为电流检测装置(比如电流互感器)；负载模块320中包括三端保险丝，其中，三端保险丝串联在负载回路中，三端保险丝的控制端与半导体放电管CTSS电连接。那么，检测信号为电流信号，当检测模块330检测到当前电流高于预设电流阈值时，表示供电电路中出现异常状况，第二控制模块340通过控制信号控制半导体放电管CTSS开启，使得负载模块320中的三端保险丝熔断，断开电源模块310向负载的供电通路，防止负载损坏。
或者，检测模块330还可以包括但不限于风力传感器、湿度传感器、压力传感器、空气质量测量装置、重力传感器或加速度传感器等等；相应地，负载模块320还可以包括但不限于排风设备、除湿设备、液压设备、空气净化器、手机或汽车等等。第二控制模块340可以根据上述各种检测设备提供的检测信号控制半导体放电管CTSS开启或关断，从而控制电源模块310向上述各负载设备供电或断电。例如，当湿度传感器检测到环境湿度超过湿度阈值时，可以控制半导体放电管CTSS开启，电源模块310向除湿设备供电，除湿设备开始工作；当空气质量测量装置检测到空气中PM2.5等微粒浓度小于阈值时，可以控制半导体放电管CTSS关断，电源模块310不再向空气净化器供电，空气净化器停止工作；诸如此类，此处不再一一列举。需要说明的是，检测模块330和负载模块320可以包括本领域技术人员可以想到的任何相关设备，上述举例并不作为对本发明的限定。
在上述各实施方式的基础上，可选地，负载模块320、检测模块330和第二控制模块340可以是三个相互独立的电路单元，或者其中至少两个可以是一个电路集成单元。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (14)
1.一种半导体放电管，其特征在于，包括：
半导体层，包括：第一扩散区、第二扩散区和第三扩散区；其中，所述第一扩散区位于所述半导体层的顶部；所述第二扩散区和所述第三扩散区均位于所述第一扩散区的顶部，占据所述第一扩散区的部分区域；所述第二扩散区位于所述第一扩散区的内部；所述第三扩散区与所述第一扩散区接触；
控制电极，位于所述半导体层的顶部表面，与所述第一扩散区接触。
2.根据权利要求1所述的半导体放电管，其特征在于，所述第三扩散区的部分区域位于所述第一扩散区内部，且所述第三扩散区的部分区域位于所述第一扩散区的外部。
3.根据权利要求1所述的半导体放电管，其特征在于，所述控制电极与所述半导体层接触的表面全部与所述第一扩散区接触。
4.根据权利要求1所述的半导体放电管，其特征在于，所述第一扩散区与所述第二扩散区的多数载流子的类型不同，所述第二扩散区与所述第三扩散区的多数载流子的类型相同。
5.根据权利要求4所述的半导体放电管，其特征在于，所述第一扩散区为P型区；所述第二扩散区和所述第三扩散区均为N型区。
6.根据权利要求1所述的半导体放电管，其特征在于，所述半导体层还包括：
第四扩散区，位于所述半导体层的底部；
所述半导体放电管还包括：
第一电极，位于所述半导体层的底部表面，且与所述第四扩散区接触；
第二电极，位于所述半导体层的顶部表面，且与所述第二扩散区接触。
7.根据权利要求6所述的半导体放电管，其特征在于，所述第一电极与所述半导体层接触的表面全部与所述第四扩散区接触；
所述第二电极与所述半导体层接触的表面全部与所述第二扩散区接触。
8.一种供电电路，其特征在于，包括：如权利要求1-7任一项所述的半导体放电管。
9.根据权利要求8所述供电电路，其特征在于，还包括：电源适配器和被保护模块；
所述电源适配器包括输入端、正极输出端和负极输出端；所述电源适配器的输入端接入电源信号，所述电源适配器的负极输出端接地；
所述被保护模块包括第一电源端和第二电源端；所述被保护模块的第一电源端与所述电源适配器的正极输出端电连接，所述被保护模块的第二电源端接地；
所述半导体放电管的第一电极与所述电源适配器的正极输出端电连接，所述半导体放电管的第二电极接地；所述半导体放电管用于在所述电源适配器的输出电压大于第一预设电压时导通。
10.根据权利要求9所述的供电电路，其特征在于，所述被保护模块中包括电信号测量单元，所述电信号测量单元的输出端为所述被保护模块的测量信号输出端；所述电信号测量单元用于检测所述电源适配器向所述被保护模块输出的电信号；
所述供电电路还包括：第一控制模块；所述第一控制模块包括测量信号输入端、接地端和控制信号输出端；所述第一控制模块的测量信号输入端与所述被保护模块的测量信号输出端电连接，所述第一控制模块的接地端接地，所述第一控制模块的控制信号输出端与所述半导体放电管的控制电极电连接；所述第一控制模块用于在所述电源适配器提供的电信号超过预设信号阈值时，控制所述半导体放电管导通。
11.根据权利要求9所述的供电电路，其特征在于，所述第一控制模块还包括：过温信号输入端；
所述供电电路还包括：温度敏感型器件；所述温度敏感型器件包括第一端和第二端；所述温度敏感型器件的第一端接地，所述温度敏感型器件的第二端与所述第一控制模块的过温信号输入端电连接；所述温度敏感型器件设置于所述电源适配器附近，用于检测所述电源适配器的接口温度；
所述第一控制模块还用于在所述接口温度超过预设温度时，控制所述半导体放电管导通。
12.根据权利要求9-11任一项所述的供电电路，其特征在于，所述电源适配器包括：过流保护单元；所述过流保护单元用于检测所述电源适配器输出的电流，并在所述电源适配器输出的电流大于预设电流时断开所述电源适配器的输出。
13.根据权利要求8所述的供电电路，其特征在于，还包括：电源模块和负载模块；
所述半导体放电管串联连接于所述电源模块和所述负载模块之间，所述半导体放电管用于接收控制信号，以控制所述半导体放电管导通或断开。
14.根据权利要求13所述的供电电路，其特征在于，还包括：
检测模块，所述检测模块包括检测信号输出端和接地端；所述检测模块的接地端接地；所述检测模块用于输出检测信号；
第二控制模块，所述第二控制模块包括检测信号输入端、接地端和控制信号输出端；所述第二控制模块的检测信号输入端与所述检测模块的检测信号输出端电连接，所述第二控制模块的接地端接地，所述第二控制模块的控制信号输出端与所述半导体放电管的控制电极电连接；所述第二控制模块用于在所述检测信号符合预设条件时，控制所述半导体放电管导通。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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