高分子材料的電路保護(hù)器件和保險絲
Littelfuse及產(chǎn)品概況
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/78589.htmLittelfuse針對微電子電路和強(qiáng)電電路的保護(hù),主要提供七種保護(hù)產(chǎn)品,在電信、便攜式產(chǎn)品、家用電器、強(qiáng)電源方面都有一整套解決方案。在高分子材料產(chǎn)品方面,主要提供針對ESD(靜電放電)的保護(hù),以及針對過流或者短路方面的保護(hù),比如PGB靜電放電抑制器、PPTC(Polymer Positive Temperature Coefficient)可復(fù)用式保險絲。PGB主要用于接口部分的保護(hù),PTC主要是串聯(lián)在電源線中作過流或短路保護(hù),在通訊電路方面,有些高壓PTC作交流搭接的保護(hù)。
Littelfuse的PGB PulseGuard ESD抑制器的架構(gòu),最主要的是一種叫VVM(Voltage Variable Material)的材質(zhì)。這是一種高壓可變材料。該P(yáng)GB的架構(gòu)上有一個銅片,一個鎳的屏蔽層,還有一個鍍錫層。當(dāng)ESD出現(xiàn),達(dá)到啟動電壓的時候,PGB會從一個高阻狀態(tài)變成低阻狀態(tài),把瞬間的高壓直接釋放到地,從而使芯片得到保護(hù)。
PGB有多種封裝,可以滿足客戶的不同需求。它的最主要的特點(diǎn)就是電容非常小,只有0.05pF。在目前的一些高速高頻的電路應(yīng)用需要ESD保護(hù)的時候,Littelfuse的PGB能夠提供完整的保護(hù),減少和避免信號失真。
PGB靜電放電抑制器及其應(yīng)用
當(dāng)有ESD在高速電路上產(chǎn)生時,它會通過裸露在外的連接器或者數(shù)據(jù)線直接打到芯片的內(nèi)部,造成芯片短路或失效,而且是不可恢復(fù)的失效。這時就需要用ESD保護(hù)器件PGB系列靜電放電抑制器。
不管是接觸放電還是空氣放電,都希望能夠有全面的ESD保護(hù),而且不影響傳輸?shù)男盘柕耐暾浴T谝话愕碾娐分?,MLV(多層片式壓敏電阻)、TVS(瞬態(tài)電壓抑制器)都能作全面的ESD保護(hù),但是,在高速電路中,當(dāng)ESD脈沖通過這些電容較大的保護(hù)器件,就容易產(chǎn)生波形失真。PulseGuard ESD抑制器電容極小,因而可對HDMI、DVI、USB 2.0、IEEE1394等高速信號線提供良好的ESD 防護(hù)。
在 消費(fèi)類產(chǎn)品中,會遇到高速電路ESD問題的有:等離子電視機(jī)、液晶電視、高清電視、IPTV接收設(shè)備、機(jī)頂盒等。例如,高清電視都有一個HDMI的接口,HDMI的傳輸速率1.0 的標(biāo)準(zhǔn)是1.6GHz,1.3 的標(biāo)準(zhǔn),甚至可以達(dá)到3.4GHz,普通的TVS、MLV對它作ESD保護(hù),會有信號失真或者干擾的問題。而PGB應(yīng)用在HDMI上時,并聯(lián)在數(shù)據(jù)線和地之間,當(dāng)ESD脈沖打入的時候,PulseGuard會瞬間從高阻狀態(tài)進(jìn)入低阻狀態(tài),把瞬間浪涌釋放到地。
對 Littelfuse PGB在提供ESD保護(hù)時保證信號完整性的能力進(jìn)行了測試。測試的是PGB的插入損耗,所用設(shè)備是頻率范圍為50MHz~20GHz的安捷倫8720ES網(wǎng)絡(luò)分析儀。同時作測試的器件有五種:Littelfuse 3.00pF的多層壓敏電阻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。
圖1(略)
從測試得到的S參數(shù)曲線圖(圖1)可以看出3.00 pF的0402MHS、0603MLV、0.50 pF的0402抑制器的插入損耗都比較大。比較0.05 pF的0402 ESD抑制器與Littelfuse的0.05 pF 的Pulseguard。從高頻開始測起。隨著頻率不斷下降,前者的自身電容會增加,而Littelfuse的PGB不管在高頻還是低頻都保持著一致性,抗干擾能力很優(yōu)秀。
仍然選用安捷倫的信號發(fā)生器、測試儀、速度示波器,在2.5 GHz 的工作頻率下,對上述五種器件進(jìn)行眼圖測試。用3.00 pF的MHS多層壓敏電阻,眼圖幾乎完全失真,0603 MLV處于“沙眼”狀態(tài)。0.50 pF 的0402ESD抑制器,眼圖表現(xiàn)已經(jīng)非常好了,但是仍然有一些失真。0.05 pF的0402抑制器,Littelfuse的產(chǎn)品與其他產(chǎn)品相比,在做ESD保護(hù)的時候不會出現(xiàn)任何的信號失真、不會有損耗。
ESD抑制器的擺放位置與ESD保護(hù)性能的發(fā)揮有很大關(guān)系。測試表明,ESD抑制器越靠近ESD產(chǎn)生源、離數(shù)據(jù)線的距離越短越好。
PTC可復(fù)用保險絲及其應(yīng)用
PTC可復(fù)用保險絲是用于過流保護(hù)的產(chǎn)品。它由高分子材料與導(dǎo)電粒子等構(gòu)成,經(jīng)過特殊加工后, 導(dǎo)電粒子在高分子材料中構(gòu)成鏈狀導(dǎo)電通路。當(dāng)正常工作電流通過時,可復(fù)用保險絲呈低阻狀態(tài);當(dāng)電路中有異常過電流通過時,大電流產(chǎn)生的熱量使高分子材料迅速膨脹,切斷導(dǎo)電粒子構(gòu)成的導(dǎo)電通路,可復(fù)用保險絲呈高阻狀態(tài)。當(dāng)切斷電源或過電流消失后,PTC可復(fù)用保險絲恢復(fù)低阻狀態(tài)。
Littelfuse PTC可復(fù)用保險絲有貼片的、直插的、電池型的。還有一些針對交流搭接的PTC可復(fù)用保險絲。
PTC可復(fù)用保險絲一般用在不希望出現(xiàn)短路、希望避免過流損壞器件、并且保險絲可復(fù)用的情況下。具體可應(yīng)用在復(fù)印機(jī)、外設(shè)硬盤驅(qū)動器、USB槽、手機(jī)電池里等等。它的用法一般與一次性保險絲相同,都是串聯(lián)在電源線里。
雖然PTC有些特性和一次性保險絲一樣,如:過流、短路保護(hù),但是PTC用保險絲不能完成代替一次性保險絲。保險絲一般用在主電源部分,作初級保護(hù),而PTC一般用于二級保護(hù)。一次性保險絲受溫度影響不很明顯,但PTC在環(huán)境溫度上升時,導(dǎo)通電阻會發(fā)生很大變化。所以,PTC并不能完全替換一次性保險絲。
PTC的重要參數(shù)主要包括:額定電流、額定電壓、工作溫度范圍、時間-電流的特性、最大分?jǐn)嚯娏鳌_x擇PTC時,應(yīng)該根據(jù)具體需要綜合考察這些參數(shù)。
在PTC的電性能方面,具體有導(dǎo)通電流、動作電流、最大電壓、最大電流、功耗、初始阻值、斷開阻值等參數(shù)需要特別注意。
PTC受到溫度的影響非常大。例如在溫度折點(diǎn)曲線圖中(圖2 ),A、B、C分別是diffusion fuses、non-diffusion fuses、PTC可復(fù)用保險絲的曲線。當(dāng)溫度變化時,A和B的溫度折點(diǎn)變化并不是很大。但是C的溫度折點(diǎn)變化很大。
在時間-電流曲線上,可以找到某個阻值的PTC在針對某個過流數(shù)值的保護(hù)時,能在多長的時間內(nèi)關(guān)斷電流。
圖2 (略)
這里要特別介紹一下高壓PTC可復(fù)用保險絲。在數(shù)據(jù)線上根據(jù)GR1089或者ITU K.20做一些交流搭接測試時,就需要用一些高壓保險絲,比如針對歐洲的250V AC、針對北美的600V AC的保險絲,這些保險絲的電流范圍一般都是80mA~180 mA。電流并不是很大,很適合通訊方面的運(yùn)用。這些保險絲最大分?jǐn)嚯娏饕话憧梢缘?0A,它的阻值一般都比較低。高壓可復(fù)用保險絲常用在調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)、數(shù)據(jù)用戶線、機(jī)頂盒、報警系統(tǒng)等器件中。
Littelfuse還有一些電池型的PTC,包括ST, LT,LR, VT,VL 系列。這些產(chǎn)品的電流是從0.7~4.2 A,最高電壓是24V, 分?jǐn)嚯娏魇?100A,在手機(jī)電池、便攜式播放器上用得比較多。
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