下一代產(chǎn)品所需的過流和過壓電路保護
2017-05-10 15:19:04
lipscall
設(shè)計人員現(xiàn)在可選擇幾種技術(shù)以提供過流保護，這些技術(shù)包括傳統(tǒng)的熔絲管（玻璃和陶瓷型）、貼片保險絲和基于聚合物的正溫度系數(shù)（PPTC）自恢復(fù)保險絲器件。
表面粘著型貼片保險絲
薄膜保險絲屬于外形小巧類表面粘著元件，可為下一代電腦和電信/數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品中的昂貴IC提供過流護。表面粘著型保險絲（SMF）的典型封裝尺寸為1206（3.2x1.6mm）和0603（1.6x0.8mm），這些保險絲最大允許電流為：1206型7安培，0603型5安培。
這些晶片保險絲可提供與電池組、移動電話、筆記本、LCD監(jiān)視器、PDA和調(diào)制解調(diào)器匹配良好的緊湊設(shè)計。當前，用薄膜技術(shù)設(shè)計出的最小保險絲尺寸為0402,允許的電流范圍從250mA到2A.
通用模組型保險絲（UMF）
市場上現(xiàn)有的保險絲均遵循UL248或IEC技術(shù)規(guī)格。因此粘著這類保險絲的產(chǎn)品在北美可獲得銷售許可。不過，盡管IEC 127-4標準概述了通用模組型保險絲（UMF）的技術(shù)規(guī)格，但目前市場上尚無得到任何IEC代理機構(gòu)認證的表面粘著型保險絲。
NANO2通用模型保險絲據(jù)稱是第一種滿足IEC 127-4規(guī)范的產(chǎn)品，其額定電壓為125V,額定電流可為500mA、1A和1.6A.
PTC自復(fù)位保險絲
PTC可復(fù)位的工作原理是：在過流情況下由自身電阻來保護電路免受損害，一旦電流恢復(fù)正常，PTC自復(fù)位保險絲能自動恢復(fù)到正常低阻值。這些特性使得PTC自復(fù)位保險絲成為電池供電和數(shù)據(jù)通信應(yīng)用的理想選擇，因為這些應(yīng)用在更換電池或熱插拔數(shù)據(jù)連接時可能會出現(xiàn)瞬間電涌。
PTC自復(fù)位保險絲通常在某些電路中取代傳統(tǒng)的玻璃保險絲，并主要用于USB應(yīng)用。
選擇PTC可復(fù)位保險絲還是普通保險絲
這兩種保險絲都由感應(yīng)電路中過電流產(chǎn)生的熱量來實現(xiàn)保護功能，普通保險絲由熔化來中斷電流，而PTC則通過將低阻轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦鑱硐拗齐娏?。在選擇過流保護器件時，通?？紤]以下4個因素：
1）可復(fù)位性：兩者最明顯的差異在于PTC是可復(fù)位的，通常過流發(fā)生后采取的步驟是先斷電，然后使器件冷卻下來。
2）阻抗：產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格顯示，在額定值大致相同的情況下，PTC具有保險絲兩倍以上的阻抗。這個特性在設(shè)計電池供電設(shè)備時尤其突出，高阻抗器件增加的電能消耗不僅會縮短電池的壽命，而且還將導(dǎo)致更頻繁的充電作業(yè)。
3）時間/電流特性：比較PTC和保險絲的時間/電流曲線圖，PTC的感應(yīng)速度比普通保險絲要慢得多，而這一點對保護電路中異常敏感的部份特別關(guān)鍵。
4）尺寸：普通保險絲的功率密度比PTC大得多，高達5安培的保險絲已可采用0603封裝，2安培的則采用0402封裝，目前正在開發(fā)1206封裝，并致力于增加電流承載能力。
過壓保護
任何電子設(shè)備均可能出現(xiàn)瞬態(tài)電壓?，F(xiàn)在已開發(fā)出幾種提供過電壓電路保護的零配件。
金屬氧化物變阻器（MOV）壓敏電阻專為抑制汽車、電信和交流應(yīng)用中的過電壓而設(shè)計。MOV壓敏電阻是一種電壓鉗位元件，如電壓超過閥值則其阻抗將變得非常小。
MOV具有高度非線性電壓阻抗（V-I）特性，反應(yīng)速度快，能承受很高峰值電流，待機狀態(tài)下漏泄電流又較低。其主要應(yīng)用是保護那些必須滿足“瞬態(tài)電壓浪涌抑制器”UL1449所列要求的產(chǎn)品免受雷電損害。
鄰近著地雷或高空雷都可能在初級和次級電路中產(chǎn)生電壓，而直接雷擊能夠在交流電源和電話線中產(chǎn)生高壓電涌。在敏感電路中粘著的MOV器件可以將雷擊帶來的不利影響最小化。（推薦閱讀：自恢復(fù)保險絲技術(shù)標準）
多層變阻器（MLV）貼片壓敏電阻較小，是一種適合保護便攜式和電腦設(shè)備中低電壓電路的表面粘著器件，通常應(yīng)用在移動通信、電腦、醫(yī)療和便攜式設(shè)備中。
瞬態(tài)電壓抑制器ESD壓敏電阻是另一種選擇，Surgector就是其中之一，它專為有線通信系統(tǒng)提供二級保護而設(shè)計，采用硅閘流管技術(shù)以提供變向鉗位保護。該器件可用來吸收電信電路的暫態(tài)波形和高峰值浪涌電流。
現(xiàn)代電子系統(tǒng)（不論是移動的、機載的，還是陸基的）中的高密度電路，都很容易受到靜電或ESD的侵害。因此要求許多新的電子設(shè)備必須滿足IEC61000-4-2標準。
傳統(tǒng)的鉗位二極管和多層變阻器（MLV）通常用來保護低速高功耗半導(dǎo)體電路。不過，隨著半導(dǎo)體制程的進步，市場正向低電壓高速IC方向發(fā)展，這些具有較大寄生電容的器件可能會導(dǎo)致信號傳輸失真。
目前一種從聚合物正溫度系數(shù)（PTC）技術(shù)發(fā)展而來的新器件具有處理常出現(xiàn)在IC之間的較大ESD脈沖所需的性能超低電容ESD壓敏電阻。
靜電（ESD）抑制器的聚合物結(jié)構(gòu)使得制造商可生產(chǎn)出各種形狀因子和配置的ESD抑制器，以滿足各種不同應(yīng)用的需要。該器件具有小于IPF的電容，可提供良好的限制信號降級和衰減的性能，以保證高速數(shù)據(jù)（如USB 2.0,USB3.0,HDMI和下一代電池組線路設(shè)計中的數(shù)據(jù)線）能正常工作。
下一代電池組電路保護
可控式應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展使得對電池組和保證電路的需要也不斷增加。隨著多功能保護IC的出現(xiàn)，電池組設(shè)計人員也將研究重點轉(zhuǎn)向采用單個多功能保護器件的安全應(yīng)用。雖然IC很容易整合多種功能，但它們?nèi)菀资艿紼SD和熱過載的影響。由于電池組的終端是裸露的，因此ESD對它的影響很大。
ESD可導(dǎo)致災(zāi)難性損害，它可使電池組失效，或者帶來危害更大的潛在故障。從表面來看，潛在故障并未對保護IC造成任何影響，但實際上在某些條件下它將使得保護IC不能正常工作或進行預(yù)期的保證。隨著市場越來越多地依賴保護IC,對電路來說ESD保護也變得非常關(guān)鍵。
分立二極管、多層變阻器或基于聚合物的ESD解決方案對保護IC的ESD結(jié)構(gòu)進行了有效補充，提供最高至15kv的ESD保護。
除了ESD,保護IC還容易受到長時間過載條件下的熱應(yīng)力影響。由于IC的擊穿特性，因此有可能存在一種故障模式，即電路在安全工作限制之外仍能正常工作。隨著對多功能保護IC依賴的增強，保險絲保護方案僅用于冗余保護。
在降低下一代便攜式應(yīng)用系統(tǒng)成本和尺寸的設(shè)計趨勢下，設(shè)計人員正致力于用多功能保護IC來替代多個分立元件。為繼續(xù)保持用戶期待的高級別安全性，電池組設(shè)計人員正在用多功能保護IC實現(xiàn)的簡單電路取代功能差不多的ESD和保險絲保護。這可使設(shè)計人員在降低整體系統(tǒng)成本的同時，繼續(xù)保持便攜式設(shè)備用戶期待的安全保護性能。
未來產(chǎn)品
隨著電子工業(yè)界探索更多增加效率和功能、降低產(chǎn)品成本和制造更緊湊便攜式產(chǎn)品的方法，新的設(shè)計趨勢是在單個封裝中集成更多不同類型的元件，以提供一個完整的電路保護解決方案。
將過壓/過流器件、過溫/過壓器件和ESD抑制器集成在一起的新產(chǎn)品正在開發(fā)之中，它們將形成電路保護技術(shù)的又一次革命。