高分子材料的電路保護器件和保險絲

Littelfuse及產(chǎn)品概況

　　Littelfuse針對微電子電路和強電電路的保護，主要提供七種保護產(chǎn)品，在電信、便攜式產(chǎn)品、家用電器、強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，以及針對過流或者短路方面的保護，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，PTC主要是串聯(lián)在電源線中作過流或短路保護，在通訊電路方面，有些高壓PTC作交流搭接的保護。

　　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PGB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ESD出現(xiàn)，達到啟動電壓的時候，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。
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保護的時候，Littelfuse的PGB能夠提供完整的保護，減少和避免信號失真。

PGB靜電放電抑制器及其應(yīng)用

　　當有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，而且不影響傳輸?shù)男盘柕耐暾?。在一般的電路中，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，但是，在高速電路中，當ESD脈沖通過這些電容較大的保護器件，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。

　　在 消費類產(chǎn)品中，會遇到高速電路ESD問題的有：等離子電視機、液晶電視、高清電視、IPTV接收設(shè)備、機頂盒等。例如，高清電視都有一個HDMI的接口，HDMI的傳輸速率1.0 的標準是1.6GHz，1.3 的標準，甚至可以達到3.4GHz，普通的TVS、MLV對它作ESD保護，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ESD脈沖打入的時候，PulseGuard會瞬間從高阻狀態(tài)進入低阻狀態(tài)，把瞬間浪涌釋放到地。

　　對 Littelfuse PGB在提供ESD保護時保證信號完整性的能力進行了測試。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。當正常工作電流通過時，可復(fù)用保險絲呈低阻狀態(tài)；當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、外設(shè)硬盤驅(qū)動器、USB槽、手機電池里等等。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，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，而PTC一般用于二級保護。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、最大分斷電流。選擇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。當溫度變化時，A和B的溫度折點變化并不是很大。但是C的溫度折點變化很大。

　　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用。這些保險絲最大分斷電流一般可以到10A，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、數(shù)據(jù)用戶線、機頂盒、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, 分斷電流是 100A，在手機電池、便攜式播放器上用得比較多。