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用于连接领域的电路保护设计
作者:Patrick Hibbs
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开关/断路器/接触器展厅
熔断器, 断路器, 保险丝, 接触器, 过载保护器, ...
电子行业对更小型、更可靠电路保护器件的不懈追求,持续推动着产品的小型化发展趋势。电路保护器件制造商必须为OEM客户提供越来越小的保护器件,但是很明显,它们所要达到的目标不仅仅是缩小尺寸。真正的挑战在于:缩小元器件尺寸不能以牺牲电气特性为代价。先进的材料研究和技术一直是开发新器件的关键所在,新器件不仅要达到现有的性能水平,而且要使用更小型、更可靠、更方便的封装。

在设计方面,另一个重要的挑战是需要协同电路保护。由于人们常常把过流保护和过压保护看成是设计过程中两个互不相关的部分,因此最终的保护策略常常会选用成本偏高的多构件解决方案,而且会忽视不同保护器件之间的协同作用。协调使用这些器件,或者把过流和过压保护功能整合在单一器件上,能够有效减少元件数量,如果使用得当,还可以从更多方面改善性能,并提高系统可靠性。

下面举三个例子,说明泰科电子在电路保护材料和技术方面的创新如何帮助设计工程师节省宝贵的电路板空间,并满足不断发展的安全和性能标准要求。

利用2Pro器件保护电话和VoIP设备

新的2Pro器件集成了过流和过压保护技术,可以用于保护电话通讯设备,防止损坏。该器件占位面积小,拥有可复位和协同保护的功能,可用于多种电话和VoIP设备,如无绳电话、VoIP网关、数据调制解调器、机顶盒、安全系统、主配线架(MDF)模块、模拟线路卡和综合服务数字网(ISDN)线路卡。

2Pro器件符合RoHS标准,它把PolySwitch PPTC过流保护技术和金属氧化物压敏变阻器(MOV)集成在一起,构成一个过热保护器件,在出现过流现象时抑制电流,在发生过压现象时对电压进行箝位。这种单器件做法,有助于减少元件数量、提高设备的可靠性。图1说明了在不接地和接地两种电路保护方案中如何使用2Pro器件。

2Pro器件能够帮助设备制造商达到UL 60950标准的要求,而且在经受特定的雷击测试后设备仍然能够正常工作。它还可以帮助设备满足TIA-968-A、IEC 60950和 ITU-T K.20/K.21标准下的浪涌测试要求。这款UL 497A列出的保护器件还有助于提供ESD保护功能、增强网络可靠性,并且降低维修成本,提高用户对客户端设备的满意程度。

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F1: 在不接地和接地两种电路保护方案中如何使用2Pro器件
图1a. 2Pro器件用于不接地系统。 图1b. 2Pro器件用于接地系统

利用PolyZen器件防止由充电端口引起的系统故障

便携式和台式电子设备的小型化趋势在持续发展,在正常运行和/或充电时,它们必须使用外接电源。然而,由于外接电源和通用电源随处可见,这就迫使设计工程师加入额外的保护措施,防止使用非正常充电系统所带来的不可预知的破坏,事实上这正是引起设备返回保修的主要原因。此外,解决方案本身必须适应不断变小的便携式电子封装也增加了问题的复杂度。

泰科的PolyZen器件针对利用桶形插口作为电源输入端的便携式电子产品和系统,提供直流电源端口保护。PolyZen器件是聚合物保护的精密齐纳二极管微型集成模块,它包含一个电阻很小的精密齐纳二极管,与一个PPTC“热开关”进行热耦合。

在工作时,长期的过电压或反偏压情况将导致PPTC元件在二极管温度开始上升的时候有所“动作(trip)”。这样的动作使得PPTC“热开关”从低电阻状态变为高电阻状态,从而通过产生一系列的电压下降来保护下游电路。同时,通过限制电流,它可以防止齐纳二极管由于热失控而造成的损坏。

简而言之,PolyZen器件利用像齐纳二极管这样起保护作用的元件实现了协同保护,而且在无需任何除正常PCB走线外的特殊散热装置情况下,能够承受很高的功率故障。利用PolyZen可以保护敏感的电子设备,避免由感应电压尖峰、电压瞬变、使用不正确电源和反偏压造成的损坏。PolyZen器件的封装尺寸只有4毫米,却能处理100W量级的功率(取决于器件),能够承受大电流浪涌和故障电流,特别适合便携式电子产品和其他小功率直流设备使用。

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F2:带PESD器件的典型HDMI电路示意图(基于HDMI规范1.2)

利用PESD器件保护机顶盒和便携式设备的高速端口

在USB 2.0、IEEE1394、DVI和HDMI等高速数据率下,传统保护器件中的寄生阻抗会使信号产生畸变,使信号的质量下降。在这种情况下,低电容ESD保护对保证数据完整性而言非常重要。

图2是一个典型的HDMI电路保护设计,其中使用了瑞侃电路保护部门的PESD器件。这些保护器件将ESD旁路,不让它进入容易因静电放电而损坏的电路,而且与传统的多层变阻器(MLV)或瞬变电压抑制二极管(TVS管)相比,它的电容极小。

在传输线脉冲(TLP)测试和IEC61000-4-2测试中,它们的性能优于其他同类元件,尤其是在经受多次静电放电(高达1,000次)情况下。PESD的触发电压和箝位电压都很低,这也有助于保护敏感的电子元件。

作者: Patrick Hibbs,泰科电子通信系统部市场事务经理
文章内容仅供参考 (投稿) (8/4/2008)
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