电子元器件技术文章：EMI对策元件和电路保护元件的发展与应用二

3.11 MP3

    MP3是最近市场上出现的一种体积小巧而容量很大的数码音影播放机，它能够将大量歌曲存储在1个尺寸很小的条形存储器（Memory Stick）内，受到消费者的欢迎。MP3采用高速D/A、A/D转换器以及信号压缩技术和增强大容量存储技术，其内部数字电路产生的高频噪声和音频噪声可以从耳塞线向外辐射。在数字电路中可以安装南虹/顺络等公司新开发的磁珠；在音频线路中可装入3绕组铁氧体扼流圈，如日本村田的新产品DLM2HG，能够同时抑制高频共模和差模噪声，而不会引起音频信号的畸变和交扰。

3.12 机顶盒（数字电视机）

    在微处理器与RAM和图像IC之间串入磁珠阵列、LC信号线滤波器或片式3端穿心电容器；在视频信号输出端口安装IC滤波器或片式3端穿心电容器；在音频信号输出端口串入高频片式磁珠；在TS输出端口加入片式共模扼流圈或其4线陈列；在DC电源和AC电源中应安装相应的EMI对策元件。

3.13 ADSL

    宽带网发展很快，已进入居民家庭。ADSL调制解调器和线卡都需要安装不同特性的EMI对策元件，如高频片式电感器、铁氧体磁珠、共模扼流圈、大电流片式3端穿心电容器、磁珠阵列等。

3.14 USB（Universal Serial Bus）

    随着信息技术的发展，传输数据的速度与容量日益增加。1台PC主机必须与多台外设相连接，如显示器、键盘、鼠标、打印机、扫描仪、数码相机等，这些连接都要使用USB。一般USB有4个插针，其中2个是信号线，另外2个是电源线。信号线上传输高速数字信号时，经常受到由回路感生的共模噪声的干扰，因而在2个信号线插针上应安装共模扼流圈；在2个电源线插针上串入大电流铁氧体磁珠。由上述实例可知，现代电子产品都离不开各种特性的EMI对策元件，这为EMI对策元件开拓了广阔的市场。

4 电路保护元件及其应用

    人们对电子产品的可靠性、安全性要求日益苛刻，因而在电子产品中必须安装一些电路保护元件，这种趋势促使电路保护元件迅速发展，形成电子元件领域中的1个新的生长点。电路保护元件可分为3大类，即过电流保护元件、过电压保护元件及过热保护元件。

4.1 过电流保护元件

4.1.1 通用金属丝－玻璃管型熔断器

    通用金属丝－玻璃管型熔断器的特点是1次性使用、价格低廉，是目前过流保护元件中产销量最大的产品，广泛应用于各类家电及电子产品中。

4.1.2 固态熔断器

    固态熔断器采用厚膜印刷工艺，在陶瓷基片上印制特殊导电浆料，形成设定形状的导电带，两端连接端电极，再用聚合物包封制成，其结构如图1所示。美国AEM公司生产的FM12型高可靠固态熔断器可以视为这类产品的代表，它是美国航天总署（NASA）认证的唯一1种允许用于航天器中关键部位的高可靠熔断器；它的过电流保护特性不受周围环境真空度的影响，可承受强烈的冲击振动，熔断时由于聚合物包封而不会发生爆破和产生微颗粒污染，结构紧凑，体积小。

4.1.3 金属薄膜SMD型熔断器

    著名熔断器制造商Littelfuse开发了1种快速响应1005（0402）规格的片式熔断器，它是在环氧树脂基体上制作金属薄膜熔断丝，两端Sn/Pb端电极，如图2所示，其响应速度快，在3倍额定电流时，断开时间仅为0.2s。AVX公司用陶瓷基体制作金属薄膜SMD型熔断器，封装规格有1005（0402）/1608（0603）/2012（0805）/3216（1206）。其额定电流/电压可达3A/65V。此类SMD熔断器适用于医疗设备、精密仪器、高档电脑及军事装备等。

4.1.4 叠层型片式熔断器

    最近，美国AEM公司在网页上发布了1种叠层型片式熔断器。它是在陶瓷膜上印制熔断丝浆料，然后叠压在一起共烧，从而制成独石结构的片式熔断器。封装规格为1005（0402）/1608（0603）/2012（0805），其特点是能量密度高、精度高、可靠性高、响应速度快、易与其它叠层型片式元件集成。

4.1.5 聚合物自恢复熔断器

    它是由绝缘有机高分子聚合物与无机导电材料（如金属颗粒、炭黑、石墨等）复合而成。它具有PTC（正温度系数）特性，常温下的导电性良好。当电流超过额定值时，由于热效应，其电阻值急剧上升，将电流减小乃至断开，从而起到熔断器过流保护作用。这种自恢复熔断器的优点是不用更换、使用方便、可重复使用近万次、价格低廉、动态范围大及品种多。其缺点是在常态下电阻值比金属丝型高，这样就增加了能耗，而且引起热噪声，在某些电路中不适用；有时由于故障不能及时排除，会出现过流断开－正常状态－过流断开的反复循环，可能损害电路。尽管有这些缺点，但其自恢复的优点十分诱人。自美国Raychem公司发明了这种产品以来，其发展十分迅速；已有16个系列近200个品种，广泛应用于通信、电脑、汽车电子、家电、音像电子、医疗设备等。这种熔断器应进一步缩小体积，向SMD型元件的封装尺寸靠拢。

4.2 过电压保护元件

    在电路中，经常出现的过电压状况比较复杂，有瞬态峰值电压，有持续时间较长的浪涌电压，有静电放电等。因此，过压保护元件种类很多。本文仅涉及陶瓷类无源元件。

4.2.1 叠层型片式陶瓷压敏电阻器（MLV）

    半导体ZnO陶瓷压敏电阻器已有多年历史，应用范围广泛。特别是在中压和高压电器的保护和防雷电中，受到人们的青睐，但由于其压敏电压与两个电极之间的距离成比例，因而块状结构的ZnO压敏电阻器在体积和低电压方面均不能满足现代电子产品的要求。近年来，人们利用陶瓷叠层共烧技术，用掺杂 ZnO半导体陶瓷材料制造出其结构与MLCC完全相同的叠层型片式ZnO压敏电阻器。其特点是压敏电压低，可低达2V左右；通流量大；响应速度快，达 300ps；可靠性高；电容量的选择范围大，包括相当低的电容量以满足高速数据线的要求。其封装规格有1005（0402）/1608（0603） /2012（0805），这种产品适合于各种集成电路、MOSFET、I/O接口、功放等过电压保护，发展前景十分广阔。有人预测今后几年的年增长率可达 30％。我国相对发展缓慢，深圳顺络公司已生产这种产品，性能良好，可为用户供货。

4.2.2 叠层型片式陶瓷穿心压敏电阻器（MLVF）

    如上所述，叠层型压敏电阻器可以保护电路，其等效电路如图3所示，显然其响应时间Tr和自谐振频率fSR与寄生电感LP的关系密切，LP越大，Tr越长，fSR越低。如果将叠层型压敏电阻器做成穿心式结构，如叠层型3端穿心电容器那样，如本文2.4节所述，其寄生电感LP将有70％“转移到”输入/输出信号线上，如图4所示。这样，不仅减少了LC串联回路中的电感，从而缩短了Tr，提高了fSR，而且组成1个T形LC低通滤波器，有助于抑制高频噪声，可谓一举两得。美国AVX公司最近首先推出这种TransFeed新产品，压敏电压为5.6V～18V、允许通过的电流为 0.5A～1.0A，封装规格为2012（0805）。

                        
4.2.3 内置有ESD保护功能的IC

    一些IC生产厂家，为了防止静电放电对IC的损坏，在制造过程中将过电压保护元件（如二极管）集成在一起，使IC自身具备防静电功能。

4.3 过热保护元件

　　在许多情况下，过热会造成电路失效，甚至发生灾难；有时某些电路或元器件需要在一定的温度范围内才能正常工作。因此，过热保护和温控都是电子产品中经常遇到的问题，需要借助过热保护元件和温控元件来解决。这类元件门类很多，本文仅涉及片式陶瓷元件。

4.3.1 叠层型片式陶瓷正温度系数热敏电阻器（PTCR）

    近年来发展起来的叠层型片式PTCR相当于若干个热敏电阻的并联，从而减少其电阻，提高热响应速度，适用于现代SMT型电路，如大电流IC、半导体功率管等的热保护，效果非常良好，2000年，全球产销量达8亿只。

4.3.2 叠层型片式陶瓷负温度系数热敏电阻器（NTCR）

    块状NTCR难以同时保持高B值和低电阻，而且体积大。采用陶瓷叠层共烧技术制出的叠层型片式NTCR克服了这个缺点，如西门子的 C1621型叠层型片式NTCR的电阻降到几十欧姆时，其B值仍能保持在3500以上。这种产品的特点是温控精度高，适用于某些要求在固定温度范围内才能正常工作的电子元器件，如大量使用的温补晶体振荡器，国外各大公司都有系列产品问世，国内的深圳顺络公司已开发成功，电阻为100Ω时B值保持在3150 左右，为国内一流水平，并可正常供货。

5 结束语

    本文简要介绍了EMI对策电子元件和过电压、过电流、过热电路保护元件的一些新进展及其应用状况。可以看出，这是电子元件领域中的1个新的生长点，希望得到业界人士的关心和扶植，为我国的经济发展和加入WTO后与国际经济接轨做出贡献。

参考文献：

[1]周济.电子元器件应用.2001,3(4～6).

[2]张药西.电子世界.2001,3(5～9).

[3]张力.中国电子报.2002－3－8,2002－3－29.

[4]陈福厚.中国电子学会第12届电子元件学术年会论文集.2002.

[5]Murata、TDK、AEM、AVX、Littelfuse、Taiyo－Yuden等公司的网页[Z].

作者：王彦伶 北京七星华电科技集团飞行电子有限公司，北京100015