電子行業(yè)對(duì)更小型、更可靠電路保護(hù)器件的不懈追求,持續(xù)推動(dòng)著產(chǎn)品的小型化發(fā)展趨勢(shì)。電路保護(hù)器件制造商必須為OEM客戶提供越來(lái)越小的保護(hù)器件,但是很明顯,它們所要達(dá)到的目標(biāo)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(jià)。先進(jìn)的材料研究和技術(shù)一直是開發(fā)新器件的關(guān)鍵所在,新器件不僅要達(dá)到現(xiàn)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(shè)計(jì)方面,另一個(gè)重要的挑戰(zhàn)是需要協(xié)同電路保護(hù)。由于人們常常把過(guò)流保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)看成是設(shè)計(jì)過(guò)程中兩個(gè)互不相關(guān)的部分,因此最終的保護(hù)策略常常會(huì)選用成本偏高的多構(gòu)件解決方案,而且會(huì)忽視不同保護(hù)器件之間的協(xié)同作用。協(xié)調(diào)使用這些器件,或者把過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)功能整合在單一器件上,能夠有效減少元件數(shù)量,如果使用得當(dāng),還可以從更多方面改善性能,并提高系統(tǒng)可靠性。

下面舉三個(gè)例子,說(shuō)明泰科電子在電路保護(hù)材料和技術(shù)方面的創(chuàng)新如何幫助設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)要求。

利用2Pro器件保護(hù)電話和VoIP設(shè)備

新的2Pro器件集成了過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)技術(shù),可以用于保護(hù)電話通訊設(shè)備,防止損壞。該器件占位面積小,擁有可復(fù)位和協(xié)同保護(hù)的功能,可用于多種電話和VoIP設(shè)備,如無(wú)繩電話、VoIP網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器、機(jī)頂盒、安全系統(tǒng)、主配線架(MDF)模塊、模擬線路卡和綜合服務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)線路卡。

2Pro器件符合RoHS標(biāo)準(zhǔn),它把PolySwitch PPTC過(guò)流保護(hù)技術(shù)和金屬氧化物壓敏變阻器(MOV)集成在一起,構(gòu)成一個(gè)過(guò)熱保護(hù)器件,在出現(xiàn)過(guò)流現(xiàn)象時(shí)抑制電流,在發(fā)生過(guò)壓現(xiàn)象時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行箝位。這種單器件做法,有助于減少元件數(shù)量、提高設(shè)備的可靠性。圖1說(shuō)明了在不接地和接地兩種電路保護(hù)方案中如何使用2Pro器件。

2Pro器件能夠幫助設(shè)備制造商達(dá)到UL 60950標(biāo)準(zhǔn)的要求,而且在經(jīng)受特定的雷擊測(cè)試后設(shè)備仍然能夠正常工作。它還可以幫助設(shè)備滿足TIA-968-A、IEC 60950和 ITU-T 標(biāo)準(zhǔn)下的浪涌測(cè)試要求。這款UL 497A列出的保護(hù)器件還有助于提供ESD保護(hù)功能、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)可靠性,并且降低維修成本,提高用戶對(duì)客戶端設(shè)備的滿意程度。

F1: 在不接地和接地兩種電路保護(hù)方案中如何使用2Pro器件

圖1a. 2Pro器件用于不接地系統(tǒng)。       圖1b. 2Pro器件用于接地系統(tǒng)。

利用PolyZen器件防止由充電端口引起的系統(tǒng)故障

便攜式和臺(tái)式電子設(shè)備的小型化趨勢(shì)在持續(xù)發(fā)展,在正常運(yùn)行和/或充電時(shí),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(shè)計(jì)工程師加入額外的保護(hù)措施,防止使用非正常充電系統(tǒng)所帶來(lái)的不可預(yù)知的破壞,事實(shí)上這正是引起設(shè)備返回保修的主要原因。此外,解決方案本身必須適應(yīng)不斷變小的便攜式電子封裝也增加了問(wèn)題的復(fù)雜度。

泰科的PolyZen器件針對(duì)利用桶形插口作為電源輸入端的便攜式電子產(chǎn)品和系統(tǒng),提供直流電源端口保護(hù)。PolyZen器件是聚合物保護(hù)的精密齊納二極管微型集成模塊,它包含一個(gè)電阻很小的精密齊納二極管,與一個(gè)PPTC“熱開關(guān)”進(jìn)行熱耦合。

在工作時(shí),長(zhǎng)期的過(guò)電壓或反偏壓情況將導(dǎo)致PPTC元件在二極管溫度開始上升的時(shí)候有所“動(dòng)作(trip)”。這樣的動(dòng)作使得PPTC“熱開關(guān)”從低電阻狀態(tài)變?yōu)楦唠娮锠顟B(tài),從而通過(guò)產(chǎn)生一系列的電壓下降來(lái)保護(hù)下游電路。同時(shí),通過(guò)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(jiǎn)而言之,PolyZen器件利用像齊納二極管這樣起保護(hù)作用的元件實(shí)現(xiàn)了協(xié)同保護(hù),而且在無(wú)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(hù)敏感的電子設(shè)備,避免由感應(yīng)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(jí)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(chǎn)品和其他小功率直流設(shè)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(hù)機(jī)頂盒和便攜式設(shè)備的高速端口

在USB 2.0、IEEE1394、DVI和HDMI等高速數(shù)據(jù)率下,傳統(tǒng)保護(hù)器件中的寄生阻抗會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生畸變,使信號(hào)的質(zhì)量下降。在這種情況下,低電容ESD保護(hù)對(duì)保證數(shù)據(jù)完整性而言非常重要。

圖2是一個(gè)典型的HDMI電路保護(hù)設(shè)計(jì),其中使用了瑞侃電路保護(hù)部門的PESD器件。這些保護(hù)器件將ESD旁路,不讓它進(jìn)入容易因靜電放電而損壞的電路,而且與傳統(tǒng)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(cè)試和IEC61000-4-2測(cè)試中,它們的性能優(yōu)于其他同類元件,尤其是在經(jīng)受多次靜電放電(高達(dá)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(hù)敏感的電子元件。

作者: Patrick Hibbs,泰科電子通信系統(tǒng)部市場(chǎng)事務(wù)經(jīng)理