電路保護(hù)元件的發(fā)展與應(yīng)用
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
3.1通用金屬絲型熔斷器
這類熔斷器主要是在玻璃或陶瓷管內(nèi)置放金屬保險(xiǎn)絲而成,其特點(diǎn)是一次性使用,出現(xiàn)故障后需要更換。使用方便,價(jià)格低廉，仍是目前熔斷器中數(shù)量最多的產(chǎn)品，品種規(guī)格齊全，廣泛應(yīng)用于各類電力/電子產(chǎn)品中。有些廠家的這類熔斷器通過(guò)了UL認(rèn)證,能夠滿足UL248和IEC127規(guī)范的要求。因此,安裝這類熔斷器的產(chǎn)品可以在世界各地銷售。
3.2表面貼裝型SMD熔斷器
為了適應(yīng)SMT的需求,近年來(lái)一些熔斷器廠家開發(fā)了多種表面貼裝型SMD熔斷器。美國(guó)AEM公司最近在網(wǎng)上發(fā)表了疊層多元獨(dú)石SMD熔斷器（USPatent6,034,589:MultilayerandMultielementMonolithicSurfaceFuse）,它是用該公司的UV專利工藝制造的陶瓷疊層元件，相當(dāng)于將幾個(gè)熔斷絲并聯(lián)，因而它具有體積小、能量密度大、獨(dú)石結(jié)構(gòu)可靠性高、精度高、響應(yīng)速度快、易與其它元件集成等諸多優(yōu)點(diǎn)，是目前世界上單位體積承受功率最大的SMD熔斷器，其封裝系列有0402/0603/0805/1206等。又如Littelfuse公司最近推出一種0402封裝的快速響應(yīng)SMD熔斷器,其外形結(jié)構(gòu)與尺寸如圖1所示,性能曲線如圖2所示，它是在環(huán)氧樹脂基體上制作金屬薄膜熔斷絲,聚合物包封。當(dāng)負(fù)荷電流為額定電流的200％時(shí),斷開時(shí)間為5s,當(dāng)為300％時(shí),斷開時(shí)間不超過(guò)0.2s。斷開后的隔離電阻大于10kΩ。工作溫度范圍為－55℃～90℃。其特點(diǎn)是瞬間電流響應(yīng)速度快、額定電流精確。該公司的0603封裝系列的性能為0.25A/32V～5A/32V;1206系列為0.5A/63V～3A/32V。AVX公司在氧化鋁陶瓷基體上制作金屬簿膜熔斷絲的AccuGuard系列SMD熔斷器，封裝尺寸為0402/0603/0805/1206,從0.25A/32V至3A/63V。BUSSMANN、WICKMANN、Schurter等公司也有同類產(chǎn)品供用戶選擇,這類熔斷器可用于高檔電腦、電信、數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng),為關(guān)鍵的IC和重要的電路部位提供過(guò)流保護(hù)。
3.3高可靠厚膜固態(tài)熔斷器
這是美國(guó)AEM公司的專利產(chǎn)品,有多種規(guī)格,從低壓到高壓,目前最高電壓可達(dá)DC660V/100A，完全符合MILPRF23419/12(即FM12)的要求,并保持了多年零故障的優(yōu)異記錄。AEM公司是世界上唯一被美國(guó)航天總署NASA認(rèn)證的FM12型高可靠熔斷器生產(chǎn)廠家,也被列入美國(guó)國(guó)防部QPL表。這種高可靠固態(tài)熔斷器主要用于航天和軍事裝置。休斯公司、馬丁公司、TRW等歐、美、日著名宇航公司均采用這種產(chǎn)品。
這種固態(tài)熔斷器分引線式和片式兩種類型。它是在陶瓷基體上用厚膜工藝制備設(shè)定形狀的特殊合金導(dǎo)電帶,這種合金導(dǎo)電帶的電阻具有正溫度系數(shù)。用特殊的樹脂包封，圖3是其結(jié)構(gòu)示意圖。這種FM12型高可靠固態(tài)熔斷器具有以下特點(diǎn):其熔斷特性與周圍環(huán)境的真空度無(wú)關(guān)(FM08型高可靠陶瓷管－金屬絲熔斷器與周圍真空度有密切關(guān)系);由于是固態(tài)結(jié)構(gòu),可承受強(qiáng)烈的振動(dòng),達(dá)30g/3kHz(FM08型為10g/2kHz),耐沖擊達(dá)1.5kg(FM08為100g);在過(guò)電流熔斷時(shí),由于特殊樹脂的嚴(yán)密包封,不會(huì)發(fā)生爆炸現(xiàn)象,也不會(huì)出現(xiàn)電弧、氣體、微顆粒等污染;結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。表1是陶瓷管-金屬絲型熔斷器(FM08A)的特性數(shù)據(jù)。表2和圖4是美國(guó)AEM公司生產(chǎn)的高可靠固態(tài)熔斷器(FM12)的典型數(shù)據(jù)和特性曲線?？梢钥闯?AEM生產(chǎn)的這種熔斷器,不僅規(guī)定了最大斷開時(shí)間(ClearingTime)，而且給出了最小斷開時(shí)間。其它廠家的熔斷器幾乎都不提供這一數(shù)據(jù),而在設(shè)計(jì)某些要求嚴(yán)格的電路時(shí)需要這些數(shù)據(jù)。
3.4有機(jī)高分子聚合物自恢復(fù)型保險(xiǎn)絲
這類保險(xiǎn)絲是近年由美國(guó)Raychem公司最先開發(fā)的新型過(guò)電流保護(hù)元件,它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)正溫度系數(shù)熱敏電阻器。它是在有機(jī)高分子聚合物中加入導(dǎo)電顆粒而構(gòu)成的，其特點(diǎn)是具有自恢復(fù)性,即過(guò)電流之后又恢復(fù)到常態(tài),不必更換,也不必一定將它安置在電子產(chǎn)品中手可觸及的部位，因而給用戶帶來(lái)許多便利,很受歡迎。不足之處是阻抗較高。一般說(shuō)來(lái),在電路正常狀態(tài)下,其阻抗比相同的金屬型熔斷器較高,這樣,就增加了電子產(chǎn)品的電能消耗。在某些電路中,由于其電阻大而產(chǎn)生熱噪聲。與金屬型熔斷器比較,其響應(yīng)速度慢，存在老化現(xiàn)象。在個(gè)別電路中,當(dāng)發(fā)生過(guò)電流時(shí),它起保護(hù)作用,使電路回到正常狀態(tài)。但若引發(fā)過(guò)電流的故障原因未被及時(shí)排除,則會(huì)出現(xiàn)過(guò)電流狀態(tài)——正常狀態(tài)——過(guò)電流狀態(tài)的反復(fù)循環(huán),從而給電路帶來(lái)麻煩，需要與其它保護(hù)元件組合使用。雖然這種過(guò)電流保護(hù)元件還有一些不足之處,但它的自恢復(fù)性優(yōu)點(diǎn)是很吸引人的,各生產(chǎn)廠家都在研究改進(jìn),主要方向是提高耐電壓/電流、降低電阻、提高強(qiáng)度和穩(wěn)定性,并日益取得進(jìn)展。如Raychem公司最新的miniSMDM75/24型,24V,40A及miniSMDM260型,8V,40A。尺寸為4.5mm×3.2mm，適用于鍵盤、鼠標(biāo)器、主機(jī)板、顯示器、電源適配器等。TycoElectronics公司生產(chǎn)TSL250080型產(chǎn)品,它可以承受2/10μs,800V,100A的放電,專用于建筑物內(nèi)部的電信系統(tǒng),以防止120V或250V交流電故障。
3．5PTCR和NTCR
PTCR和NTCR是己被廣泛應(yīng)用的過(guò)電流保護(hù)和溫控元件。一般說(shuō)來(lái),作為電路保護(hù)元件,大多采用PTCR;而作為溫度控制、溫度補(bǔ)償元件,大多采用NTCR。近年來(lái),除引線型分立元件外,片式PTCR/NTCR具有顯著的優(yōu)點(diǎn),發(fā)展很快。
3．5．1片式陶瓷PTCR
隨著SMT的發(fā)展,片式陶瓷PTCR的需求快速增加。一般的溫度動(dòng)態(tài)范圍在85℃～150℃,精度達(dá)±5℃。但由于BaTiO3的固有特性,致使單層型片式PTCR的阻值較高,不能滿足某些電路的要求;疊層型片式PTCR相當(dāng)于多個(gè)很薄的PTCR的并聯(lián),因而不僅能明顯地減少其阻值,而且提高了其熱響應(yīng)速度。將它以適當(dāng)方式貼在半導(dǎo)體功率管和IC芯片上,就可以有效地保護(hù)這些關(guān)鍵器件。若在LCD控制電路中加入PTCR,則可以在寬溫度范圍內(nèi)保持良好的顯示效果。然而，這種疊層型片式PTCR的制造工藝難度大,目前國(guó)內(nèi)尚處于開發(fā)初期，但人們一致認(rèn)為其發(fā)展前景十分廣闊。
3．5．2片式陶瓷NTCR
它的阻值隨著溫度的升高呈現(xiàn)指數(shù)形式下降,阻值隨溫度的變化率一般為百分之幾，因而其測(cè)溫精度很高,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便，獲得廣泛應(yīng)用。特別是近年來(lái),移動(dòng)通信飛速發(fā)展,需用大量的溫補(bǔ)晶體振蕩器,這就為NTCR提供了巨大市場(chǎng)。從結(jié)構(gòu)上講,片式NTCR除了玻璃管封裝形式外，還有單層型和多層型之分。一般熱敏陶瓷材料的電阻率決定于該材料的熱激活能,因而B值高時(shí)電阻率也高。所以，單層型NTCR難以同時(shí)保持高B值、低電阻的特性,如果將電阻降至300Ω,B值就可降到3000。反之,疊層型片式NTCR卻可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)低電阻和高B值,如SIEMENS公司的C1621型疊層片式NTCR,電阻降到幾十歐姆時(shí),B值仍能保持在3500以上。深圳順絡(luò)公司的STH1608型,電阻為100Ω時(shí),B值為3150,為國(guó)內(nèi)一流水平。
評(píng)論