電子元器件技術(shù)文章:EMI對策元件和電路保護元件的發(fā)展與應(yīng)用二
3.11 MP3
MP3是最近市場上出現(xiàn)的一種體積小巧而容量很大的數(shù)碼音影播放機,它能夠?qū)⒋罅扛枨鎯υ?個尺寸很小的條形存儲器(Memory Stick)內(nèi),受到消費者的歡迎。MP3采用高速D/A、A/D轉(zhuǎn)換器以及信號壓縮技術(shù)和增強大容量存儲技術(shù),其內(nèi)部數(shù)字電路產(chǎn)生的高頻噪聲和音頻噪聲可以從耳塞線向外輻射。在數(shù)字電路中可以安裝南虹/順絡(luò)等公司新開發(fā)的磁珠;在音頻線路中可裝入3繞組鐵氧體扼流圈,如日本村田的新產(chǎn)品DLM2HG,能夠同時抑制高頻共模和差模噪聲,而不會引起音頻信號的畸變和交擾。
3.12 機頂盒(數(shù)字電視機)
在微處理器與RAM和圖像IC之間串入磁珠陣列、LC信號線濾波器或片式3端穿心電容器;在視頻信號輸出端口安裝IC濾波器或片式3端穿心電容器;在音頻信號輸出端口串入高頻片式磁珠;在TS輸出端口加入片式共模扼流圈或其4線陳列;在DC電源和AC電源中應(yīng)安裝相應(yīng)的EMI對策元件。
3.13 ADSL
寬帶網(wǎng)發(fā)展很快,已進入居民家庭。ADSL調(diào)制解調(diào)器和線卡都需要安裝不同特性的EMI對策元件,如高頻片式電感器、鐵氧體磁珠、共模扼流圈、大電流片式3端穿心電容器、磁珠陣列等。
3.14 USB(Universal Serial Bus)
隨著信息技術(shù)的發(fā)展,傳輸數(shù)據(jù)的速度與容量日益增加。1臺PC主機必須與多臺外設(shè)相連接,如顯示器、鍵盤、鼠標、打印機、掃描儀、數(shù)碼相機等,這些連接都要使用USB。一般USB有4個插針,其中2個是信號線,另外2個是電源線。信號線上傳輸高速數(shù)字信號時,經(jīng)常受到由回路感生的共模噪聲的干擾,因而在2個信號線插針上應(yīng)安裝共模扼流圈;在2個電源線插針上串入大電流鐵氧體磁珠。由上述實例可知,現(xiàn)代電子產(chǎn)品都離不開各種特性的EMI對策元件,這為EMI對策元件開拓了廣闊的市場。
4 電路保護元件及其應(yīng)用
人們對電子產(chǎn)品的可靠性、安全性要求日益苛刻,因而在電子產(chǎn)品中必須安裝一些電路保護元件,這種趨勢促使電路保護元件迅速發(fā)展,形成電子元件領(lǐng)域中的1個新的生長點。電路保護元件可分為3大類,即過電流保護元件、過電壓保護元件及過熱保護元件。
4.1 過電流保護元件
4.1.1 通用金屬絲-玻璃管型熔斷器
通用金屬絲-玻璃管型熔斷器的特點是1次性使用、價格低廉,是目前過流保護元件中產(chǎn)銷量最大的產(chǎn)品,廣泛應(yīng)用于各類家電及電子產(chǎn)品中。
4.1.2 固態(tài)熔斷器
固態(tài)熔斷器采用厚膜印刷工藝,在陶瓷基片上印制特殊導(dǎo)電漿料,形成設(shè)定形狀的導(dǎo)電帶,兩端連接端電極,再用聚合物包封制成,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。美國AEM公司生產(chǎn)的FM12型高可靠固態(tài)熔斷器可以視為這類產(chǎn)品的代表,它是美國航天總署(NASA)認證的唯一1種允許用于航天器中關(guān)鍵部位的高可靠熔斷器;它的過電流保護特性不受周圍環(huán)境真空度的影響,可承受強烈的沖擊振動,熔斷時由于聚合物包封而不會發(fā)生爆破和產(chǎn)生微顆粒污染,結(jié)構(gòu)緊湊,體積小。
4.1.3 金屬薄膜SMD型熔斷器
著名熔斷器制造商Littelfuse開發(fā)了1種快速響應(yīng)1005(0402)規(guī)格的片式熔斷器,它是在環(huán)氧樹脂基體上制作金屬薄膜熔斷絲,兩端Sn/Pb端電極,如圖2所示,其響應(yīng)速度快,在3倍額定電流時,斷開時間僅為0.2s。AVX公司用陶瓷基體制作金屬薄膜SMD型熔斷器,封裝規(guī)格有1005(0402)/1608(0603)/2012(0805)/3216(1206)。其額定電流/電壓可達3A/65V。此類SMD熔斷器適用于醫(yī)療設(shè)備、精密儀器、高檔電腦及軍事裝備等。
4.1.4 疊層型片式熔斷器
最近,美國AEM公司在網(wǎng)頁上發(fā)布了1種疊層型片式熔斷器。它是在陶瓷膜上印制熔斷絲漿料,然后疊壓在一起共燒,從而制成獨石結(jié)構(gòu)的片式熔斷器。封裝規(guī)格為1005(0402)/1608(0603)/2012(0805),其特點是能量密度高、精度高、可靠性高、響應(yīng)速度快、易與其它疊層型片式元件集成。
4.1.5 聚合物自恢復(fù)熔斷器
它是由絕緣有機高分子聚合物與無機導(dǎo)電材料(如金屬顆粒、炭黑、石墨等)復(fù)合而成。它具有PTC(正溫度系數(shù))特性,常溫下的導(dǎo)電性良好。當電流超過額定值時,由于熱效應(yīng),其電阻值急劇上升,將電流減小乃至斷開,從而起到熔斷器過流保護作用。這種自恢復(fù)熔斷器的優(yōu)點是不用更換、使用方便、可重復(fù)使用近萬次、價格低廉、動態(tài)范圍大及品種多。其缺點是在常態(tài)下電阻值比金屬絲型高,這樣就增加了能耗,而且引起熱噪聲,在某些電路中不適用;有時由于故障不能及時排除,會出現(xiàn)過流斷開-正常狀態(tài)-過流斷開的反復(fù)循環(huán),可能損害電路。盡管有這些缺點,但其自恢復(fù)的優(yōu)點十分誘人。自美國Raychem公司發(fā)明了這種產(chǎn)品以來,其發(fā)展十分迅速;已有16個系列近200個品種,廣泛應(yīng)用于通信、電腦、汽車電子、家電、音像電子、醫(yī)療設(shè)備等。這種熔斷器應(yīng)進一步縮小體積,向SMD型元件的封裝尺寸靠攏。
4.2 過電壓保護元件
在電路中,經(jīng)常出現(xiàn)的過電壓狀況比較復(fù)雜,有瞬態(tài)峰值電壓,有持續(xù)時間較長的浪涌電壓,有靜電放電等。因此,過壓保護元件種類很多。本文僅涉及陶瓷類無源元件。
4.2.1 疊層型片式陶瓷壓敏電阻器(MLV)
半導(dǎo)體ZnO陶瓷壓敏電阻器已有多年歷史,應(yīng)用范圍廣泛。特別是在中壓和高壓電器的保護和防雷電中,受到人們的青睞,但由于其壓敏電壓與兩個電極之間的距離成比例,因而塊狀結(jié)構(gòu)的ZnO壓敏電阻器在體積和低電壓方面均不能滿足現(xiàn)代電子產(chǎn)品的要求。近年來,人們利用陶瓷疊層共燒技術(shù),用摻雜 ZnO半導(dǎo)體陶瓷材料制造出其結(jié)構(gòu)與MLCC完全相同的疊層型片式ZnO壓敏電阻器。其特點是壓敏電壓低,可低達2V左右;通流量大;響應(yīng)速度快,達 300ps;可靠性高;電容量的選擇范圍大,包括相當?shù)偷碾娙萘恳詽M足高速數(shù)據(jù)線的要求。其封裝規(guī)格有1005(0402)/1608(0603) /2012(0805),這種產(chǎn)品適合于各種集成電路、MOSFET、I/O接口、功放等過電壓保護,發(fā)展前景十分廣闊。有人預(yù)測今后幾年的年增長率可達 30%。我國相對發(fā)展緩慢,深圳順絡(luò)公司已生產(chǎn)這種產(chǎn)品,性能良好,可為用戶供貨。
4.2.2 疊層型片式陶瓷穿心壓敏電阻器(MLVF)
如上所述,疊層型壓敏電阻器可以保護電路,其等效電路如圖3所示,顯然其響應(yīng)時間Tr和自諧振頻率fSR與寄生電感LP的關(guān)系密切,LP越大,Tr越長,fSR越低。如果將疊層型壓敏電阻器做成穿心式結(jié)構(gòu),如疊層型3端穿心電容器那樣,如本文2.4節(jié)所述,其寄生電感LP將有70%“轉(zhuǎn)移到”輸入/輸出信號線上,如圖4所示。這樣,不僅減少了LC串聯(lián)回路中的電感,從而縮短了Tr,提高了fSR,而且組成1個T形LC低通濾波器,有助于抑制高頻噪聲,可謂一舉兩得。美國AVX公司最近首先推出這種TransFeed新產(chǎn)品,壓敏電壓為5.6V~18V、允許通過的電流為 0.5A~1.0A,封裝規(guī)格為2012(0805)。
4.2.3 內(nèi)置有ESD保護功能的IC
一些IC生產(chǎn)廠家,為了防止靜電放電對IC的損壞,在制造過程中將過電壓保護元件(如二極管)集成在一起,使IC自身具備防靜電功能。
4.3 過熱保護元件
在許多情況下,過熱會造成電路失效,甚至發(fā)生災(zāi)難;有時某些電路或元器件需要在一定的溫度范圍內(nèi)才能正常工作。因此,過熱保護和溫控都是電子產(chǎn)品中經(jīng)常遇到的問題,需要借助過熱保護元件和溫控元件來解決。這類元件門類很多,本文僅涉及片式陶瓷元件。
4.3.1 疊層型片式陶瓷正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTCR)
近年來發(fā)展起來的疊層型片式PTCR相當于若干個熱敏電阻的并聯(lián),從而減少其電阻,提高熱響應(yīng)速度,適用于現(xiàn)代SMT型電路,如大電流IC、半導(dǎo)體功率管等的熱保護,效果非常良好,2000年,全球產(chǎn)銷量達8億只。
4.3.2 疊層型片式陶瓷負溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTCR)
塊狀NTCR難以同時保持高B值和低電阻,而且體積大。采用陶瓷疊層共燒技術(shù)制出的疊層型片式NTCR克服了這個缺點,如西門子的 C1621型疊層型片式NTCR的電阻降到幾十歐姆時,其B值仍能保持在3500以上。這種產(chǎn)品的特點是溫控精度高,適用于某些要求在固定溫度范圍內(nèi)才能正常工作的電子元器件,如大量使用的溫補晶體振蕩器,國外各大公司都有系列產(chǎn)品問世,國內(nèi)的深圳順絡(luò)公司已開發(fā)成功,電阻為100Ω時B值保持在3150 左右,為國內(nèi)一流水平,并可正常供貨。
5 結(jié)束語
本文簡要介紹了EMI對策電子元件和過電壓、過電流、過熱電路保護元件的一些新進展及其應(yīng)用狀況。可以看出,這是電子元件領(lǐng)域中的1個新的生長點,希望得到業(yè)界人士的關(guān)心和扶植,為我國的經(jīng)濟發(fā)展和加入WTO后與國際經(jīng)濟接軌做出貢獻。
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[5]Murata、TDK、AEM、AVX、Littelfuse、Taiyo-Yuden等公司的網(wǎng)頁[Z].
作者:王彥伶 北京七星華電科技集團飛行電子有限公司,北京100015
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