본 논문에서는 트리거 전압과 감내 특성을 개선시키기 위해 HHVSCR의 구조적 변경을 바탕으로 Stack 기술을 적용한 새로운 ESD 보호 소자를 제안한다. 우선 HHVSCR과 제안된 ESD 보호 소자를 비교하여 트리거 전압과 홀딩 전압, 감내 특성을 확인하였고 게이트 길이에 대한 변수를 추가하였다. 마지막으로, 제안된 ESD 보호 소자와 Stack을 적용한 소자를 비교하여 트리거 전압과 홀딩 전압, 감내 특성을 비교하였다.
In this paper, an input receiver with a hysteresis characteristic that can work at voltage levels between 0.9 V and 5 V is proposed. The input receiver can be used as a wide voltage range Schmitt trigger also. At the same time, reliable circuit operation is ensured. According to the research findings, this is the first time a wide voltage range Schmitt trigger is being reported. The proposed circuit is compared with previously reported input receivers, and it is shown that the circuit has better noise immunity. The proposed input receiver ends the need for a separate Schmitt trigger and input buffer. The frequency of operation is also higher than that of the previously reported receiver. The circuit is simulated using HSPICE at 0.35-${\mu}m$ standard thin oxide technology. Monte Carlo analysis is conducted at different process conditions, showing that the proposed circuit works well for different process conditions at different voltage levels of operation. A noise impulse of ($V_{CC}/2$) magnitude is added to the input voltage to show that the receiver receives the correct logic level even in the presence of noise. Here, $V_{CC}$ is the fixed voltage supply of 3.3 V.
The triggered vacuum switch (TVS) is widely used as a high power switch in the field of pulsed power application. TVS can produce current of higher than 100 kA within a microsecond after being triggered. A triggering high voltage pulse generator supplies a high voltage signal to the trigger system to initiate the discharge between a trigger pin and one of main electrode. The trigger system, which consists of a tungsten trigger electrode and cylindrical ceramic insulator around it, is normally installed at the center of main cathode electrode. The discharging characteristics of the trigger system strongly depend on the geometry, electrode material, vacuum pressure and so on. In addition, we especially will focus on the developing a triggering pulse generator, which can vary not only value of voltage but also pulse duration, because its properties gives pivot influences on the TVS discharge. To verify such effects, we made a 3.3 kJ TVS set-up initially. Thus we will discuss some of prominent results from 3.3 kJ TVS system. In parallel we will show on the design of 300 kJ TVS system for the high current in the future.
This paper investigates a method to improve the breakdown voltage characteristics of a gas discharge arrester (GDA) for a surge suppressor. The middle electrode is inserted between two terminal electrodes. Voltage application to the electrode synchronized and amplified by the impulse voltage decreases spark overvoltage from 45% to 57.6%. The decrease is caused by higher voltage slope, as opposed to applied impulse voltage (by 5.5 to 6.2 times). In addition, the GDA model using ATP-Draw was used to analyze the operation characteristics of GDAs. The test and simulation results agree to within 2% when the trigger source was used.
본 논문에서는 일반적인 ESD 보호소자인 LVTSCR의 구조적 변경을 통해 향상된 전기적 특성을 달성한 새로운 구조의 ESD 보호소자를 제안한다. 또한 요구되는 전압 Application에 따른 ESD Design Window에 최적화된 설계를 위하여 N-Stack 기술을 적용한다. 기존의 LVTSCR 구조에 추가로 삽입된 N-Well 영역은 Anode와 전기적으로 연결함으로써 추가적인 ESD 방전경로를 제공하고 이는 온-저항 및 온도 특성을 향상시킨다. 또한 짧은 Trigger 경로는 기존의 LVTSCR보다 더 낮은 Trigger Voltage 가지므로 우수한 Snapback 특성을 지닌다. 그리고 제안된 ESD 보호소자의 전기적 특성을 검증하기 위해 Synopsys 사의 T-CAD Simulator을 이용하였다.
In this paper, MOS-triggered silicon-controlled rectifier (SCR)-based electrostatic discharge (ESD) protection circuits for mobile application in 3.3 V I/O and SCR-based ESD protection circuits with floating N+/P+ diffusion regions for inverter and light-emitting diode driver applications in 20 V power clamps were designed. The breakdown voltage is induced by a grounded-gate NMOS (ggNMOS) in the MOS-triggered SCR-based ESD protection circuit for 3.3 V I/O. This lowers the breakdown voltage of the SCR by providing a trigger current to the P-well of the SCR. However, the operation resistance is increased compared to SCR, because additional diffusion regions increase the overall resistance of the protection circuit. To overcome this problem, the number of ggNMOS fingers was increased. The ESD protection circuit for the power clamp application at 20 V had a breakdown voltage of 23 V; the product of a high holding voltage by the N+/P+ floating diffusion region. The trigger voltage was improved by the partial insertion of a P-body to narrow the gap between the trigger and holding voltages. The ESD protection circuits for low- and high-voltage applications were designed using $0.18{\mu}m$ Bipolar-CMOS-DMOS technology, with $100{\mu}m$ width. Electrical characteristics and robustness are analyzed by a transmission line pulse measurement and an ESD pulse generator (ESS-6008).
In this paper, electrostatic discharge (ESD) protection circuits with an advanced substrate-triggered NMOS and a gate-substrate-triggered NMOS are proposed to provide low trigger voltage, low leakage current, and fast turn-on speed. The proposed ESD protection devices are designed using 0.13 ${\mu}m$ CMOS technology. The experimental results show that the proposed substrate-triggered NMOS using a bipolar transistor has a low trigger voltage of 5.98 V and a fast turn-on time of 37 ns. The proposed gate-substrate-triggered NMOS has a lower trigger voltage of 5.35 V and low leakage current of 80 pA.
The applications of the pulse power technology are expanding and the necessity of a large current switch as a core component of pulsed power is increasing. A trigger gap switch composed of three electrodes was fabricated and the discharge characteristics were studied according to the change of the pressure, the shape of the main electrode, and the gap distance when the trigger pulse was applied. As a main result, the stable operation range was confirmed through the discharge inception voltage according to the gap distance and electric field analysis was performed in the same structure to confirm the electric field value of the discharge inception voltage.
A prototype semiconductor switch for the command resonant charging system has been developed for a line type modulator, which charges parallel pulse forming network(PFN) up to voltage of 5 kV at repetition rates of 60 Hz. A phase controlled power supply provides charging of the 4.7 ${\mu}s$ filter capacitor bank to voltage up to 5 kV. A solid state module of series stack array of sixe matched SCRs(1.6 kV, 50 A) is used as a command charging switch to initiate the resonant charging cycle. Both resistive and RC snubber network are used across each stage of the switch assembly in order to ensure proper voltage division during both steady state and transient condition. A master trigger signal is generated to trigger circuits which are transmitted through pulse transformer to each of the 6 series switch stages. A pulse transformer is required for high voltage trigger or power isolation. This paper will discuss trigger method, protection scheme, circuit simulation, and test result.
Wei, Tianliu;Wang, Qiuyuan;Mao, Chengxiong;Lu, Jiming;Wang, Dan
Journal of Power Electronics
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제17권6호
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pp.1683-1693
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2017
This paper analyses the harmonic pollution to power grids caused by thyristor-controlled devices. It also formulates a mathematic derivation for the voltage spikes in thyristor-controlled branches to explain the harmonic and EMI derived from the reverse-recovery characteristics of the thyristor. With an equivalent nonlinear time-varying voltage source, a detailed simulation model is established, and the periodic dynamic switching characteristic of the thyristor can be explicitly implied. The simulation results are consistent with the probed results from on-site measurements. An improved trigger system with gate-shorted circuit structure is proposed to reduce the voltage spikes that cause EMI. The experimental results indicate that a prototype with the improved trigger system can effectively suppress the voltage spikes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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