電子行業(yè)對更小型、更可靠電路保護器件的不懈追求,持續(xù)推動著產品的小型化發(fā)展趨勢。電路保護器件制造商必須為OEM客戶提供越來越小的保護器件,但是很明顯,它們所要達到的目標不僅僅是縮小尺寸。真正的挑戰(zhàn)在于:縮小元器件尺寸不能以犧牲電氣特性為代價。先進的材料研究和技術一直是開發(fā)新器件的關鍵所在,新器件不僅要達到現有的性能水平,而且要使用更小型、更可靠、更方便的封裝。
在設計方面,另一個重要的挑戰(zhàn)是需要協同電路保護。由于人們常常把過流保護和過壓保護看成是設計過程中兩個互不相關的部分,因此最終的保護策略常常會選用成本偏高的多構件解決方案,而且會忽視不同保護器件之間的協同作用。協調使用這些器件,或者把過流和過壓保護功能整合在單一器件上,能夠有效減少元件數量,如果使用得當,還可以從更多方面改善性能,并提高系統可靠性。
下面舉三個例子,說明泰科電子在電路保護材料和技術方面的創(chuàng)新如何幫助設計工程師節(jié)省寶貴的電路板空間,并滿足不斷發(fā)展的安全和性能標準要求。
利用2Pro器件保護電話和VoIP設備
新的2Pro器件集成了過流和過壓保護技術,可以用于保護電話通訊設備,防止損壞。該器件占位面積小,擁有可復位和協同保護的功能,可用于多種電話和VoIP設備,如無繩電話、VoIP網關、數據調制解調器、機頂盒、安全系統、主配線架(MDF)模塊、模擬線路卡和綜合服務數字網(ISDN)線路卡。
2Pro器件符合RoHS標準,它把PolySwitch PPTC過流保護技術和金屬氧化物壓敏變阻器(MOV)集成在一起,構成一個過熱保護器件,在出現過流現象時抑制電流,在發(fā)生過壓現象時對電壓進行箝位。這種單器件做法,有助于減少元件數量、提高設備的可靠性。圖1說明了在不接地和接地兩種電路保護方案中如何使用2Pro器件。
2Pro器件能夠幫助設備制造商達到UL 60950標準的要求,而且在經受特定的雷擊測試后設備仍然能夠正常工作。它還可以幫助設備滿足TIA-968-A、IEC 60950和 ITU-T 標準下的浪涌測試要求。這款UL 497A列出的保護器件還有助于提供ESD保護功能、增強網絡可靠性,并且降低維修成本,提高用戶對客戶端設備的滿意程度。
F1: 在不接地和接地兩種電路保護方案中如何使用2Pro器件
圖1a. 2Pro器件用于不接地系統。 圖1b. 2Pro器件用于接地系統。
利用PolyZen器件防止由充電端口引起的系統故障
便攜式和臺式電子設備的小型化趨勢在持續(xù)發(fā)展,在正常運行和/或充電時,它們必須使用外接電源。然而,由于外接電源和通用電源隨處可見,這就迫使設計工程師加入額外的保護措施,防止使用非正常充電系統所帶來的不可預知的破壞,事實上這正是引起設備返回保修的主要原因。此外,解決方案本身必須適應不斷變小的便攜式電子封裝也增加了問題的復雜度。
泰科的PolyZen器件針對利用桶形插口作為電源輸入端的便攜式電子產品和系統,提供直流電源端口保護。PolyZen器件是聚合物保護的精密齊納二極管微型集成模塊,它包含一個電阻很小的精密齊納二極管,與一個PPTC“熱開關”進行熱耦合。
在工作時,長期的過電壓或反偏壓情況將導致PPTC元件在二極管溫度開始上升的時候有所“動作(trip)”。這樣的動作使得PPTC“熱開關”從低電阻狀態(tài)變?yōu)楦唠娮锠顟B(tài),從而通過產生一系列的電壓下降來保護下游電路。同時,通過限制電流,它可以防止齊納二極管由于熱失控而造成的損壞。
簡而言之,PolyZen器件利用像齊納二極管這樣起保護作用的元件實現了協同保護,而且在無需任何除正常PCB走線外的特殊散熱裝置情況下,能夠承受很高的功率故障。利用PolyZen可以保護敏感的電子設備,避免由感應電壓尖峰、電壓瞬變、使用不正確電源和反偏壓造成的損壞。PolyZen器件的封裝尺寸只有4毫米,卻能處理100W量級的功率(取決于器件),能夠承受大電流浪涌和故障電流,特別適合便攜式電子產品和其他小功率直流設備使用。
F2:帶PESD器件的典型HDMI電路示意圖(基于HDMI規(guī)范1.2)
利用PESD器件保護機頂盒和便攜式設備的高速端口
在USB 2.0、IEEE1394、DVI和HDMI等高速數據率下,傳統保護器件中的寄生阻抗會使信號產生畸變,使信號的質量下降。在這種情況下,低電容ESD保護對保證數據完整性而言非常重要。
圖2是一個典型的HDMI電路保護設計,其中使用了瑞侃電路保護部門的PESD器件。這些保護器件將ESD旁路,不讓它進入容易因靜電放電而損壞的電路,而且與傳統的多層變阻器(MLV)或瞬變電壓抑制二極管(TVS管)相比,它的電容極小。
在傳輸線脈沖(TLP)測試和IEC61000-4-2測試中,它們的性能優(yōu)于其他同類元件,尤其是在經受多次靜電放電(高達1,000次)情況下。PESD的觸發(fā)電壓和箝位電壓都很低,這也有助于保護敏感的電子元件。
作者: Patrick Hibbs,泰科電子通信系統部市場事務經理
