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防靜電、防過(guò)電流和過(guò)電壓沖擊是工程師設計電子產(chǎn)品時(shí)必須考慮的一個(gè)問(wèn)題。本文集中探討了目前市場(chǎng)上所有的電路保護技術(shù)，并展望了未來(lái)電路保護器件的發(fā)展方向。 過(guò)流保護：保險絲 設計人員現在可選擇幾種技術(shù)以提供過(guò)流保護，這些技術(shù)包括傳統的熔絲管（玻璃和陶瓷型）、薄膜保險絲和基于聚合物的正溫度系數（PTC）器件。 表面粘著(zhù)型保險絲 薄膜保險絲屬于外形小巧類(lèi)表面粘著(zhù)元件，可為下一代電腦和電信／數據通信產(chǎn)品中的昂貴IC提供過(guò)流保護。表面粘著(zhù)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(dòng)電話(huà)、筆記本、LCD監視器、PDA和調制解調器匹配良好的緊湊設計。當前，用薄膜技術(shù)設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(chǎng)上現有的保險絲均遵循UL248或IEC技術(shù)規格。因此粘著(zhù)這類(lèi)保險絲的產(chǎn)品在北美可獲得銷(xiāo)售許可。不過(guò)，盡管IEC 127-4標準概述了通用模組型保險絲（UMF）的技術(shù)規格，但目前市場(chǎng)上尚無(wú)得到任何IEC代理機構認證的表面粘著(zhù)型保險絲。NANO2通用模型保險絲據稱(chēng)是第一種滿(mǎn)足IEC 127-4規范的產(chǎn)品，其額定電壓為125V，額定電流可為500mA、1A和1.6A。 PTC可復位保險絲 PTC可復位的工作原理是：在過(guò)流情況下由自身電阻來(lái)保護電路免受損害，一旦電流恢復正常，PTC可復位保險絲能自動(dòng)恢復到正常低阻值。這些特性使得PTC可復位保險絲成為電池供電和數據通信應用的理想選擇，因為這些應用在更換電池或熱插拔數據連接時(shí)可能會(huì )出現瞬間電涌。PTC可復位保險絲通常在某些電路中取代傳統的玻璃保險絲，并主要用于USB應用。 選擇PTC可復位保險絲還是普通保險絲 這兩種保險絲都由感應電路中過(guò)電流產(chǎn)生的熱量來(lái)實(shí)現保護功能，普通保險絲由熔化來(lái)中斷電流，而PTC則通過(guò)將低阻轉變?yōu)楦咦鑱?lái)限制電流。在選擇過(guò)流保護器件時(shí)，通�？紤]以下4個(gè)因素： 1)可復位性：兩者最明顯的差異在于PTC是可復位的，通常過(guò)流發(fā)生后采取的步驟是先斷電，然后使器件冷卻下來(lái)。 2)阻抗：產(chǎn)品技術(shù)規格顯示，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(gè)特性在設計電池供電設備時(shí)尤其突出，高阻抗器件增加的電能消耗不僅會(huì )縮短電池的壽命，而且還將導致更頻繁的充電作業(yè)。 3)時(shí)間／電流特性：比較PTC和保險絲的時(shí)間／電流曲線(xiàn)圖，PTC的感應速度比普通保險絲要慢得多，而這一點(diǎn)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(kāi)發(fā)1206封裝，并致力于增加電流承載能力。 過(guò)壓保護 任何電子設備均可能出現瞬態(tài)電壓�，F在已開(kāi)發(fā)出幾種提供過(guò)電壓電路保護的零配件。 變阻器 金屬氧化物變阻器（MOV）專(zhuān)為抑制汽車(chē)、電信和交流應用中的過(guò)電壓而設計。MOV是一種電壓鉗位元件，如電壓超過(guò)閥值則其阻抗將變得非常小。MOV具有高度非線(xiàn)性電壓阻抗（V-I）特性，反應速度快，能承受很高峰值電流，待機狀態(tài)下漏泄電流又較低。其主要應用是保護那些必須滿(mǎn)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(zhù)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(huà)線(xiàn)中產(chǎn)生高壓電涌。在敏感電路中粘著(zhù)的MOV器件可以將雷擊帶來(lái)的不利影響最小化。 多層變阻器（MLV）較小，是一種適合保護便攜式和電腦設備中低電壓電路的表面粘著(zhù)器件，通常應用在移動(dòng)通信、電腦、醫療和便攜式設備中。 瞬態(tài)電壓抑制器 瞬態(tài)電壓抑制器是另一種選擇，Surgector就是其中之一，它專(zhuān)為有線(xiàn)通信系統提供二級保護而設計，采用硅閘流管技術(shù)以提供變向鉗位保護。該器件可用來(lái)吸收電信電路的暫態(tài)波形和高峰值浪涌電流。 ESD抑制器 現代電子系統（不論是移動(dòng)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備必須滿(mǎn)足IEC61000-4-2標準。 傳統的鉗位二極管和多層變阻器（MLV）通常用來(lái)保護低速高功耗半導體電路。不過(guò)，隨著(zhù)半導體制程的進(jìn)步，市場(chǎng)正向低電壓高速I(mǎi)C方向發(fā)展，這些具有較大寄生電容的器件可能會(huì )導致信號傳輸失真。目前一種從聚合物正溫度系數（PTC）技術(shù)發(fā)展而來(lái)的新器件具有處理常出現在IC之間的較大ESD脈沖所需的性能。 靜電（ESD）抑制器的聚合物結構使得制造商可生產(chǎn)出各種形狀因子和配置的ESD抑制器，以滿(mǎn)足各種不同應用的需要。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，以保證高速數據（如USB 2.0和下一代電池組線(xiàn)路設計中的數據線(xiàn)）能正常工作。 下一代電池組電路保護 可控式應用系統的發(fā)展使得對電池組和保證電路的需要也不斷增加。隨著(zhù)多功能保護IC的出現，電池組設計人員也將研究重點(diǎn)轉向采用單個(gè)多功能保護器件的安全應用。雖然IC很容易整合多種功能，但它們容易受到ESD和熱過(guò)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可導致災難性損害，它可使電池組失效，或者帶來(lái)危害更大的潛在故障。從表面來(lái)看，潛在故障并未對保護IC造成任何影響，但實(shí)際上在某些條件下它將使得保護IC不能正常工作或進(jìn)行預期的保證。隨著(zhù)市場(chǎng)越來(lái)越多地依賴(lài)保護IC，對電路來(lái)說(shuō)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結構進(jìn)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(cháng)時(shí)間過(guò)載條件下的熱應力影響。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(zhù)對多功能保護IC依賴(lài)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用系統成本和尺寸的設計趨勢下，設計人員正致力于用多功能保護IC來(lái)替代多個(gè)分立元件。為繼續保持用戶(hù)期待的高級別安全性，電池組設計人員正在用多功能保護IC實(shí)現的簡(jiǎn)單電路取代功能差不多的ESD和保險絲保護。這可使設計人員在降低整體系統成本的同時(shí)，繼續保持便攜式設備用戶(hù)期待的安全保護性能。 未來(lái)產(chǎn)品 隨著(zhù)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，新的設計趨勢是在單個(gè)封裝中集成更多不同類(lèi)型的元件，以提供一個(gè)完整的電路保護解決方案。將過(guò)壓/過(guò)流器件、過(guò)溫/過(guò)壓器件和ESD抑制器集成在一起的新產(chǎn)品正在開(kāi)發(fā)之中，它們將形成電路保護技術(shù)的又一次革命。 |
