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4.新技术新器件 由于电子设备中采用复杂的VLSI（模数、逻辑系统集成）设计和新的集成电路（IC）技术，这些技术的应用不仅会增大电气过应力（EOS）（如静电放电、瞬态电气冲击和雷电）对电子设备威胁，而且还需要在电子设备中加装保护器件。 据统计，现场电子设备的故障约75％是由EOS引起的，因此电路设计人员应根据EOS产生的原因，实施相应的电路保护措施，以确保电子设备安全可靠地工作。 在电路设计中应该清楚地了解电路中每一种电压和电流参数、以及特定电路和电子器件的电压、电流的限制参数，应采用先进的器件和先进的技术设计出省空间和低成本的电路保护器件。 4.1过流保护保险丝 过流保护器件有：传统的熔丝管（玻璃和陶瓷型）、薄膜保险丝和基于聚合物的正温度系数（PTC）器件。 4.1.1薄膜保险丝属于外形小巧类表面安装元件，可为下一代电脑和电讯、数据通讯产品中的昂贵IC提供过流保护。典型的移动电路一般都有多个为昂贵的VLSI电路提供过流保护的薄膜保险丝，这些保险丝工作于不同的额定电流和额定电压下。表面安装型保险丝（SMF）的典型封装尺寸为1206（3.2 mm×1.6mm）和0603（1.6mm×0.8mm）。这些保险丝的最大允许电流为：1206型7安培，0603型5安培。这些片式保险丝可提供与电池组、移动电话、笔记本电脑、LCD监视器、PDA和调制解调器匹配良好的紧凑设计。当前用薄膜技术设计出的最小保险丝尺寸为0402，允许的电流范围从250mA～2A。 4.1.2通用模块型保险丝（UMF）:市场上现有的保险丝均遵循UL248或IEC技术规格，遵循IEC127标准设计的传统5mm×20mm熔丝管已得到UL认证，不过，尽管IEC127－4标准概述了通用模块型保险丝（UMF）的技术规格，但目前市场上尚无得到任何IEC代理机构认证。NAN02通用模块型保险丝据称是第一种满足IEC127－4规范的产品，其额定电压为125V，额定电流可为50mA、1A和16A。 4.1.3PTC可复位型保险丝:PTC可复位型保险丝的工作原理是，在过流情况下通过调高自身电阻来保护电路免受损害，一旦电流恢复正常，PTC可复位保险丝能自动恢复到正常低阻值，并允许电流通过。这些特性使得PTC可复位保险丝在电池供电的电子产品和数据通讯应用中，成为理想的选择，因为在更换电池或插拔数据连接时可能会出现瞬间浪涌电流。PTC可复位型保险丝通常在某些电路中取代传统的玻璃保险丝，并主要用于USB接口。 4.1.4 PTC可复位保险丝和普通保险丝选用：这两种保险丝都借助感应电路中过电流产生的热量来实现保护功能，普通保险丝借助熔化来中断电流，而PTC通过将低阻改变为高阻来限制电流。理解这两种类型器件之间的差异将有助于选择最好的电路保护器件。在选择过流保护器件时，通常考虑以下4个因素。 （1）可复位性:两者最明显的差异在于PTC是可复位的，通常过流发生后采取的步骤是先断电，然后使器件冷却下来。 （2）阻抗:产品技术规格显示，在额定值大致相同的情况下，PTC具有保险丝2倍以上的阻抗。这个特性在设计用电池供电的设备时尤其突出，高阻抗器件增加的电能消耗不仅会缩短电池的寿命，而且还将导致更频繁的充电作业。 （3）时间、电流特性:比较PTC和保险丝的时间、电流曲线图，PTC的响应速度比普通保险丝要慢得多，而这一点对保护电路中异常敏感的部分特别关键。 （4）尺寸:普通保险丝的功率密度比PTC大得多，高达5A的保险丝已可采用0603封装，2A的则采用0402封装。最佳尺寸的表面安装型PTC的最大额定电流为2、6A，采用1812封装，业界主要制造商正在开发1206封装，并致力于增加电流承载能力。 4.2过压保护 在任何电子设备中都可能出现瞬态电压，它通常是由电路故障、雷击或ESD引发的。现在已开发出几种提供过电压电路保护的器件，包括二极管、MOV、MLV、瞬态电压抑制器和ESD抑制器。 4.2.1变阻器:金属氧化物变阻器（MOV）专为抑制汽车、电讯和交流电源应用中的过电压而设计。MOV是一种电压钳位元件，其阻抗与电压有关，如电压超过其阈值则其阻抗将变得非常小。MOV具有高的V－I非线性特性，反应速度快，能承受很高峰值电流，待机状态下漏电流又较低。 MOV的主要用途是保护那些必须满足“瞬态电压浪涌抑制器”UL1449各项要求的产品免受雷电损害。在敏感电路中安装的MOV器件可以将雷击带来的不利影响最小化。 多层变阻器（MLV），是一种适合保护便携式电脑设备中，同MOV一样，在电压超过其阈值时MLV就变得高度导电。MLV可以具有不同的电压和电流额定范围，以满足各种应用要求，新款0402MLV在移动电路中得到了极好的应用。 典型的变阻器主要是为工作于18V或更低电压的电路板的应用设计的，这些表面安装器件通常应用在移动通讯、电脑、医疗仪和便携式设备中。 4.2.2瞬态电压抑制器:瞬态电压抑制器是专为有线通讯系统提供二级保护。Surgector采用矽闸流技术以提供双向钳位保护，该器件可用来吸收通讯电路的瞬态波形和高峰值浪涌电流。Surgector有双极性、单极性和编程式，并采用表面安装、D0214AA封装和直插式TO－202封装。 4.2.3ESD抑制器:现代电子系统（不论是便携的、机载的，还是陆基的）中的高密度电路，都很容易受到静电或ESD的侵害。人体能产生超过15kV的ESD，因此为了有效防止ESD侵害，要求许多新的电子设备必须满足IEC61000－4－2标准。 传统的钳位二极管和多层变阻器（MLV）通常用来保护低速、高功耗固体电路，不过，随着半导体制造技术的进步，市场正向低电压、高速集成电路方向发展，这些具有较大寄生电容的器件可能会导致信号传输失真。目前一种从聚合物正温度系数（PTC）技术发展而来的新器件，具有处理经常出现在集成电路（IC）之间的较大ESD脉冲的性能。 静电（ESD）抑制器的聚合物结构使得制造商可生产出各种形状的ESD抑制器，以满足各种不同应用的需要。该器件具有小于1pF的电容，可提供良好的限制信号降级和衰减的性能，以保证高速数据线正常工作。 4.3多功能保护器件 随着多功能保护器件的出现，使设计人员也将研究重点转向采用单个多功能保护器件。虽然多功能保护器件很容易综合多种功能，但它们容易受到ESD和热负载的影响。随着市场越来越依赖多功能保护器件，对电路来说ESD保护也变得非常关键。分立二极管、多层变阻器或基于聚合物的ESD解决方案对多功能保护器件的ESD结构进行了有益补充，提供最高至15kV的ESD保护。 多功能保护器件还容易受到长时间过载条件下的热应力影响。由于多功能保护器件的击穿特性，因此有可能存在一种故障模式，即电路在安全工作限制之外仍能正常工作。随着对多功能保护器件依赖的增强，保险丝保护方案仅用于冗余保护。 随着电子工业界探索更多地提高效率和增加功能、降低产品成本和制造更紧凑便携式产品的方法，新的设计趋势是在单个封装中整合更多不同类型的元件，以提供完整的电路保护解决方案。将过压、过流保护器件、过温、过压保护器件和ESD抑制器整合在一起的新产品正在开发之中，它们将形成电路保护技术的又一次革命。 |
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