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高分子材料的电路保护器件和保险丝

作者:Steven Li时间:2008-02-01来源:世界电子元器件收藏

Littelfuse及产品概况

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/78589.htm

  Littelfuse针对微电子电路和强电电路的保护,主要提供七种保护产品,在电信、便携式产品、家用电器、强电源方面都有一整套解决方案。在高分子材料产品方面,主要提供针对ESD(静电放电)的保护,以及针对过流或者短路方面的保护,比如PGB静电放电抑制器、PPTC(Polymer Positive Temperature Coefficient)可复用式保险丝。PGB主要用于接口部分的保护,PTC主要是串联在电源线中作过流或短路保护,在通讯电路方面,有些高压PTC作交流搭接的保护。

  Littelfuse的PGB PulseGuard ESD抑制器的架构,最主要的是一种叫VVM(Voltage Variable Material)的材质。这是一种高压可变材料。该PGB的架构上有一个铜片,一个镍的屏蔽层,还有一个镀锡层。当ESD出现,达到启动电压的时候,PGB会从一个高阻状态变成低阻状态,把瞬间的高压直接释放到地,从而使芯片得到保护。
PGB有多种封装,可以满足客户的不同需求。它的最主要的特点就是电容非常小,只有0.05pF。在目前的一些高速高频的电路应用需要ESD保护的时候,Littelfuse的PGB能够提供完整的保护,减少和避免信号失真。

PGB静电放电抑制器及其应用

  当有ESD在高速电路上产生时,它会通过裸露在外的连接器或者数据线直接打到芯片的内部,造成芯片短路或失效,而且是不可恢复的失效。这时就需要用ESD保护器件PGB系列静电放电抑制器。

  不管是接触放电还是空气放电,都希望能够有全面的ESD保护,而且不影响传输的信号的完整性。在一般的电路中,MLV(多层片式压敏电阻)、TVS(瞬态电压抑制器)都能作全面的ESD保护,但是,在高速电路中,当ESD脉冲通过这些电容较大的保护器件,就容易产生波形失真。PulseGuard ESD抑制器电容极小,因而可对HDMI、DVI、USB 2.0、IEEE1394等高速信号线提供良好的ESD 防护。

  在 消费类产品中,会遇到高速电路ESD问题的有:等离子电视机、液晶电视、高清电视、IPTV接收设备、机顶盒等。例如,高清电视都有一个HDMI的接口,HDMI的传输速率1.0 的标准是1.6GHz,1.3 的标准,甚至可以达到3.4GHz,普通的TVS、MLV对它作ESD保护,会有信号失真或者干扰的问题。而PGB应用在HDMI上时,并联在数据线和地之间,当ESD脉冲打入的时候,PulseGuard会瞬间从高阻状态进入低阻状态,把瞬间浪涌释放到地。

  对 Littelfuse PGB在提供ESD保护时保证信号完整性的能力进行了测试。测试的是PGB的插入损耗,所用设备是频率范围为50MHz~20GHz的安捷伦8720ES网络分析仪。同时作测试的器件有五种:Littelfuse 3.00pF的多层压敏电阻0402MHS,0.05 pF 的PGB0402,一些公司的3.00 pF的0603MLV,0.50 pF的0402抑制器,0.05 pF的0402抑制器。

图1(略)

  从测试得到的S参数曲线图(图1)可以看出3.00 pF的0402MHS、0603MLV、0.50 pF的0402抑制器的插入损耗都比较大。比较0.05 pF的0402 ESD抑制器与Littelfuse的0.05 pF 的Pulseguard。从高频开始测起。随着频率不断下降,前者的自身电容会增加,而Littelfuse的PGB不管在高频还是低频都保持着一致性,抗干扰能力很优秀。

  仍然选用安捷伦的信号发生器、测试仪、速度示波器,在2.5 GHz 的工作频率下,对上述五种器件进行眼图测试。用3.00 pF的MHS多层压敏电阻,眼图几乎完全失真,0603 MLV处于“沙眼”状态。0.50 pF 的0402ESD抑制器,眼图表现已经非常好了,但是仍然有一些失真。0.05 pF的0402抑制器,Littelfuse的产品与其他产品相比,在做ESD保护的时候不会出现任何的信号失真、不会有损耗。

  ESD抑制器的摆放位置与ESD保护性能的发挥有很大关系。测试表明,ESD抑制器越靠近ESD产生源、离数据线的距离越短越好。

PTC可复用保险丝及其应用

  PTC可复用保险丝是用于过流保护的产品。它由高分子材料与导电粒子等构成,经过特殊加工后, 导电粒子在高分子材料中构成链状导电通路。当正常工作电流通过时,可复用保险丝呈低阻状态;当电路中有异常过电流通过时,大电流产生的热量使高分子材料迅速膨胀,切断导电粒子构成的导电通路,可复用保险丝呈高阻状态。当切断电源或过电流消失后,PTC可复用保险丝恢复低阻状态。

  Littelfuse PTC可复用保险丝有贴片的、直插的、电池型的。还有一些针对交流搭接的PTC可复用保险丝。

  PTC可复用保险丝一般用在不希望出现短路、希望避免过流损坏器件、并且保险丝可复用的情况下。具体可应用在复印机、外设硬盘驱动器、USB槽、手机电池里等等。它的用法一般与一次性保险丝相同,都是串联在电源线里。

  虽然PTC有些特性和一次性保险丝一样,如:过流、短路保护,但是PTC用保险丝不能完成代替一次性保险丝。保险丝一般用在主电源部分,作初级保护,而PTC一般用于二级保护。一次性保险丝受温度影响不很明显,但PTC在环境温度上升时,导通电阻会发生很大变化。所以,PTC并不能完全替换一次性保险丝。

  PTC的重要参数主要包括:额定电流、额定电压、工作温度范围、时间-电流的特性、最大分断电流。选择PTC时,应该根据具体需要综合考察这些参数。
在PTC的电性能方面,具体有导通电流、动作电流、最大电压、最大电流、功耗、初始阻值、断开阻值等参数需要特别注意。

  PTC受到温度的影响非常大。例如在温度折点曲线图中(图2 ),A、B、C分别是diffusion fuses、non-diffusion fuses、PTC可复用保险丝的曲线。当温度变化时,A和B的温度折点变化并不是很大。但是C的温度折点变化很大。

  在时间-电流曲线上,可以找到某个阻值的PTC在针对某个过流数值的保护时,能在多长的时间内关断电流。

图2 (略)

  这里要特别介绍一下高压PTC可复用保险丝。在数据线上根据GR1089或者ITU K.20做一些交流搭接测试时,就需要用一些高压保险丝,比如针对欧洲的250V AC、针对北美的600V AC的保险丝,这些保险丝的电流范围一般都是80mA~180 mA。电流并不是很大,很适合通讯方面的运用。这些保险丝最大分断电流一般可以到10A,它的阻值一般都比较低。高压可复用保险丝常用在调制解调器、打印机、数据用户线、机顶盒、报警系统等器件中。

  Littelfuse还有一些电池型的PTC,包括ST, LT,LR, VT,VL 系列。这些产品的电流是从0.7~4.2 A,最高电压是24V, 分断电流是 100A,在手机电池、便携式播放器上用得比较多。



关键词: 电路保护

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