Антипредохранитель — это электрическое устройство, выполняющее функцию, противоположную предохранителю . В то время как предохранитель начинается с низкого сопротивления и предназначен для постоянного разрыва или размыкания электропроводящего пути (обычно, когда ток через путь превышает заданный предел), антипредохранитель начинается с высокого сопротивления - разомкнутой цепи - и программирования. он преобразует его в постоянный электропроводящий путь (обычно, когда напряжение на антипредохранителе превышает определенный уровень). [1] Эта технология имеет множество применений. Антипредохранители наиболее известны своим использованием в низковольтных елочных гирляндах в стиле мини-свет (или миниатюрных) .
Низковольтные светильники не могут выдерживать полное напряжение, типичное для жилой сети, и подключаются последовательно, в отличие от более крупных традиционных светильников типа C7 и C9, которые подключаются параллельно и рассчитаны на работу непосредственно с сетевым/бытовым напряжением. Поскольку перегоревшая лампочка в последовательной цепи приведет к размыканию всей цепи, последовательная цепочка выйдет из строя из-за выхода из строя одной лампы. [2]
По этой причине в каждой лампочке установлен противопредохранитель, обычно в виде внутреннего шунтирующего провода. [3] Когда лампочка перегорает, все сетевое напряжение подается на одну перегоревшую лампу. Это быстро приводит к тому, что антипредохранитель замыкает перегоревшую лампочку, позволяя последовательной цепи возобновить работу, хотя теперь большая часть сетевого напряжения подается на каждую из оставшихся ламп. Антипредохранитель изготовлен из проволоки с высокоомным покрытием, которая намотана на два вертикальных поддерживающих провода накаливания внутри лампочки. Изоляция противопредохранительного провода выдерживает обычное низкое напряжение, приложенное к работающей лампе, но быстро выходит из строя при полном сетевом напряжении, обеспечивая противопредохранительное действие.
Чем больше лампочек в цепочке выходит из строя, тем выше и выше напряжение подается на оставшиеся лампочки. Часто в цепочку фонарей включается специальная лампочка без предохранителя и с немного другим номиналом (поэтому она перегорает первой, когда напряжение становится слишком высоким), известная как «лампочка с предохранителем», чтобы защитить от возможности серьезного перегрузки по току, если ее слишком много. лампочки выходят из строя.
Антипредохранители широко используются для постоянного программирования интегральных схем . [4] Антифузы могут использоваться в программируемом постоянном запоминающем устройстве ( PROM ). Каждый бит содержит как предохранитель, так и анти-предохранитель и программируется путем срабатывания одного из двух. Это программирование, выполняемое после производства, является постоянным и необратимым и является средством достижения так называемого «одноразового программирования» (OTP). [5]
Некоторые программируемые логические устройства (PLD), такие как структурированные ASIC , используют технологию плавких предохранителей для настройки логических схем и создания индивидуальной конструкции на основе стандартной конструкции ИС. PLD Antifuse программируются однократно, в отличие от других PLD, основанных на SRAM , которые можно перепрограммировать для исправления логических ошибок или добавления новых функций. PLD Antifuse имеют преимущества перед PLD на основе SRAM в том, что, как и ASIC , их не нужно настраивать каждый раз при подаче питания. [6] Они могут быть менее восприимчивы к альфа-частицам , которые могут вызвать сбои в работе цепей. Кроме того, схемы, построенные с использованием постоянных проводящих путей антипредохранителя, могут быть быстрее, чем аналогичные схемы, реализованные в PLD с использованием технологии SRAM.
Диэлектрические антипредохранители используют очень тонкий оксидный барьер между парой проводников. Формирование проводящего канала осуществляется за счет пробоя диэлектрика, вызванного высоковольтным импульсом. Диэлектрические антипредохранители обычно используются в процессах КМОП и БиКМОП, поскольку требуемая толщина оксидного слоя меньше, чем толщина, доступная в биполярных процессах.
Один из подходов к созданию ИС, использующих технологию antifuse, предполагает использование тонкого барьера из непроводящего аморфного кремния между двумя металлическими проводниками. Когда к аморфному кремнию прикладывается достаточно высокое напряжение, он превращается в поликристаллический сплав кремний-металл с низким сопротивлением , который является проводящим.
Аморфный кремний — это материал, который обычно не используется ни в биполярных, ни в КМОП-процессах и требует дополнительного этапа производства.
Антипредохранитель обычно срабатывает при токе примерно 5 мА . При использовании полидиффузионного антипредохранителя высокая плотность тока создает тепло , которое плавит тонкий изолирующий слой между поликремнием и диффузионными электродами, создавая постоянную резистивную кремниевую связь.
Стабилитроны можно использовать в качестве антипредохранителей. Pn -переход , служащий таким диодом, перегружается скачком тока и перегревается. При температуре выше 100 °С и плотностях тока выше 10 5 А/см 2 металлизация подвергается электромиграции и образует всплески через переход, закорачивая его; этот процесс известен в промышленности как Зенер-зап . Шип формируется на поверхности кремния и немного ниже него, чуть ниже пассивационного слоя, не повреждая его. Таким образом, проводящий шунт не ставит под угрозу целостность и надежность полупроводникового устройства. Обычно для обычных биполярных устройств, для неоптимизированной противопредохранительной конструкции достаточно импульса длительностью в несколько миллисекунд при токе 100-200 мА; специализированные структуры будут иметь более низкие требования к мощности. Результирующее сопротивление перехода находится в пределах 10 Ом.
Zener zap часто используется в схемах со смешанными сигналами для настройки значений аналоговых компонентов. Например, прецизионный резистор можно изготовить путем формирования нескольких последовательных резисторов с параллельными стабилитронами (ориентированных так, чтобы они были непроводящими во время нормальной работы устройства), а затем закорачивания выбранных стабилитронов для шунтирования ненужных резисторов. При таком подходе можно лишь снизить номинал результирующего резистора. Поэтому необходимо изменить производственные допуски так, чтобы обычно изготавливаемое наименьшее значение было равно или больше желаемого значения. Параллельные резисторы не могут иметь слишком низкое значение, так как это приведет к снижению тока замыкания; В таких случаях применяется последовательно-параллельная комбинация резисторов и антипредохранителей. [7]
Как и в случае с елочными огнями, до появления газоразрядных ламп высокой интенсивности цепи уличного освещения с использованием ламп накаливания часто работали как последовательные цепи высокого напряжения. Каждый отдельный уличный фонарь был снабжен вырезом из пленки ; небольшой диск из изолирующей пленки, разделявший два контакта, подключенных к двум проводам, идущим к лампе. Как и в случае с описанными выше рождественскими гирляндами, в случае выхода лампы из строя все напряжение цепи уличного освещения (тысячи вольт) оказывалось на изоляционной пленке в вырезе, вызывая ее разрыв. Таким образом, вышедшую из строя лампу удалось обойти, и на остальной части улицы было восстановлено освещение.
В отличие от рождественских гирлянд, схема обычно содержала автоматическое устройство для регулирования электрического тока, протекающего в цепи, например трансформатор постоянного тока. Когда каждая серия лампочек перегорала и замыкалась накоротко, регулятор переменного тока уменьшал напряжение, благодаря чему каждая оставшаяся лампочка работала при нормальном напряжении, токе, яркости и ожидаемом сроке службы. Когда вышедшую из строя лампу наконец заменили, установили и новый кусок пленки, снова разделяющий электрические контакты в вырезе. Этот стиль уличного освещения можно было узнать по большому фарфоровому изолятору, который отделял лампу и отражатель от кронштейна светильника; изолятор был необходим, потому что два контакта в цоколе лампы могли обычно работать при потенциале в несколько тысяч вольт над землей.
Тот же механизм (вырез на пленочном диске) широко используется в приложениях, где требуется последовательное освещение, [8] например, в огнях взлетно-посадочной полосы аэродрома и рулежных дорожек. [9] [10]