電子元器件技術文章：EMI對策元件和電路保護元件的發(fā)展與應用二

3.11 MP3

    MP3是最近市場上出現(xiàn)的一種體積小巧而容量很大的數(shù)碼音影播放機，它能夠將大量歌曲存儲在1個尺寸很小的條形存儲器（Memory Stick）內，受到消費者的歡迎。MP3采用高速D/A、A/D轉換器以及信號壓縮技術和增強大容量存儲技術，其內部數(shù)字電路產(chǎn)生的高頻噪聲和音頻噪聲可以從耳塞線向外輻射。在數(shù)字電路中可以安裝南虹/順絡等公司新開發(fā)的磁珠；在音頻線路中可裝入3繞組鐵氧體扼流圈，如日本村田的新產(chǎn)品DLM2HG，能夠同時抑制高頻共模和差模噪聲，而不會引起音頻信號的畸變和交擾。

3.12 機頂盒（數(shù)字電視機）

    在微處理器與RAM和圖像IC之間串入磁珠陣列、LC信號線濾波器或片式3端穿心電容器；在視頻信號輸出端口安裝IC濾波器或片式3端穿心電容器；在音頻信號輸出端口串入高頻片式磁珠；在TS輸出端口加入片式共模扼流圈或其4線陳列；在DC電源和AC電源中應安裝相應的EMI對策元件。

3.13 ADSL

    寬帶網(wǎng)發(fā)展很快，已進入居民家庭。ADSL調制解調器和線卡都需要安裝不同特性的EMI對策元件，如高頻片式電感器、鐵氧體磁珠、共模扼流圈、大電流片式3端穿心電容器、磁珠陣列等。

3.14 USB（Universal Serial Bus）

    隨著信息技術的發(fā)展，傳輸數(shù)據(jù)的速度與容量日益增加。1臺PC主機必須與多臺外設相連接，如顯示器、鍵盤、鼠標、打印機、掃描儀、數(shù)碼相機等，這些連接都要使用USB。一般USB有4個插針，其中2個是信號線，另外2個是電源線。信號線上傳輸高速數(shù)字信號時，經(jīng)常受到由回路感生的共模噪聲的干擾，因而在2個信號線插針上應安裝共模扼流圈；在2個電源線插針上串入大電流鐵氧體磁珠。由上述實例可知，現(xiàn)代電子產(chǎn)品都離不開各種特性的EMI對策元件，這為EMI對策元件開拓了廣闊的市場。

4 電路保護元件及其應用

    人們對電子產(chǎn)品的可靠性、安全性要求日益苛刻，因而在電子產(chǎn)品中必須安裝一些電路保護元件，這種趨勢促使電路保護元件迅速發(fā)展，形成電子元件領域中的1個新的生長點。電路保護元件可分為3大類，即過電流保護元件、過電壓保護元件及過熱保護元件。

4.1 過電流保護元件

4.1.1 通用金屬絲－玻璃管型熔斷器

    通用金屬絲－玻璃管型熔斷器的特點是1次性使用、價格低廉，是目前過流保護元件中產(chǎn)銷量最大的產(chǎn)品，廣泛應用于各類家電及電子產(chǎn)品中。

4.1.2 固態(tài)熔斷器

    固態(tài)熔斷器采用厚膜印刷工藝，在陶瓷基片上印制特殊導電漿料，形成設定形狀的導電帶，兩端連接端電極，再用聚合物包封制成，其結構如圖1所示。美國AEM公司生產(chǎn)的FM12型高可靠固態(tài)熔斷器可以視為這類產(chǎn)品的代表，它是美國航天總署（NASA）認證的唯一1種允許用于航天器中關鍵部位的高可靠熔斷器；它的過電流保護特性不受周圍環(huán)境真空度的影響，可承受強烈的沖擊振動，熔斷時由于聚合物包封而不會發(fā)生爆破和產(chǎn)生微顆粒污染，結構緊湊，體積小。

4.1.3 金屬薄膜SMD型熔斷器

    著名熔斷器制造商Littelfuse開發(fā)了1種快速響應1005（0402）規(guī)格的片式熔斷器，它是在環(huán)氧樹脂基體上制作金屬薄膜熔斷絲，兩端Sn/Pb端電極，如圖2所示，其響應速度快，在3倍額定電流時，斷開時間僅為0.2s。AVX公司用陶瓷基體制作金屬薄膜SMD型熔斷器，封裝規(guī)格有1005（0402）/1608（0603）/2012（0805）/3216（1206）。其額定電流/電壓可達3A/65V。此類SMD熔斷器適用于醫(yī)療設備、精密儀器、高檔電腦及軍事裝備等。

4.1.4 疊層型片式熔斷器

    最近，美國AEM公司在網(wǎng)頁上發(fā)布了1種疊層型片式熔斷器。它是在陶瓷膜上印制熔斷絲漿料，然后疊壓在一起共燒，從而制成獨石結構的片式熔斷器。封裝規(guī)格為1005（0402）/1608（0603）/2012（0805），其特點是能量密度高、精度高、可靠性高、響應速度快、易與其它疊層型片式元件集成。

4.1.5 聚合物自恢復熔斷器

    它是由絕緣有機高分子聚合物與無機導電材料（如金屬顆粒、炭黑、石墨等）復合而成。它具有PTC（正溫度系數(shù)）特性，常溫下的導電性良好。當電流超過額定值時，由于熱效應，其電阻值急劇上升，將電流減小乃至斷開，從而起到熔斷器過流保護作用。這種自恢復熔斷器的優(yōu)點是不用更換、使用方便、可重復使用近萬次、價格低廉、動態(tài)范圍大及品種多。其缺點是在常態(tài)下電阻值比金屬絲型高，這樣就增加了能耗，而且引起熱噪聲，在某些電路中不適用；有時由于故障不能及時排除，會出現(xiàn)過流斷開－正常狀態(tài)－過流斷開的反復循環(huán)，可能損害電路。盡管有這些缺點，但其自恢復的優(yōu)點十分誘人。自美國Raychem公司發(fā)明了這種產(chǎn)品以來，其發(fā)展十分迅速；已有16個系列近200個品種，廣泛應用于通信、電腦、汽車電子、家電、音像電子、醫(yī)療設備等。這種熔斷器應進一步縮小體積，向SMD型元件的封裝尺寸靠攏。

4.2 過電壓保護元件

    在電路中，經(jīng)常出現(xiàn)的過電壓狀況比較復雜，有瞬態(tài)峰值電壓，有持續(xù)時間較長的浪涌電壓，有靜電放電等。因此，過壓保護元件種類很多。本文僅涉及陶瓷類無源元件。

4.2.1 疊層型片式陶瓷壓敏電阻器（MLV）

    半導體ZnO陶瓷壓敏電阻器已有多年歷史，應用范圍廣泛。特別是在中壓和高壓電器的保護和防雷電中，受到人們的青睞，但由于其壓敏電壓與兩個電極之間的距離成比例，因而塊狀結構的ZnO壓敏電阻器在體積和低電壓方面均不能滿足現(xiàn)代電子產(chǎn)品的要求。近年來，人們利用陶瓷疊層共燒技術，用摻雜 ZnO半導體陶瓷材料制造出其結構與MLCC完全相同的疊層型片式ZnO壓敏電阻器。其特點是壓敏電壓低，可低達2V左右；通流量大；響應速度快，達 300ps；可靠性高；電容量的選擇范圍大，包括相當?shù)偷碾娙萘恳詽M足高速數(shù)據(jù)線的要求。其封裝規(guī)格有1005（0402）/1608（0603） /2012（0805），這種產(chǎn)品適合于各種集成電路、MOSFET、I/O接口、功放等過電壓保護，發(fā)展前景十分廣闊。有人預測今后幾年的年增長率可達 30％。我國相對發(fā)展緩慢，深圳順絡公司已生產(chǎn)這種產(chǎn)品，性能良好，可為用戶供貨。

4.2.2 疊層型片式陶瓷穿心壓敏電阻器（MLVF）

    如上所述，疊層型壓敏電阻器可以保護電路，其等效電路如圖3所示，顯然其響應時間Tr和自諧振頻率fSR與寄生電感LP的關系密切，LP越大，Tr越長，fSR越低。如果將疊層型壓敏電阻器做成穿心式結構，如疊層型3端穿心電容器那樣，如本文2.4節(jié)所述，其寄生電感LP將有70％“轉移到”輸入/輸出信號線上，如圖4所示。這樣，不僅減少了LC串聯(lián)回路中的電感，從而縮短了Tr，提高了fSR，而且組成1個T形LC低通濾波器，有助于抑制高頻噪聲，可謂一舉兩得。美國AVX公司最近首先推出這種TransFeed新產(chǎn)品，壓敏電壓為5.6V～18V、允許通過的電流為 0.5A～1.0A，封裝規(guī)格為2012（0805）。

                        
4.2.3 內置有ESD保護功能的IC

    一些IC生產(chǎn)廠家，為了防止靜電放電對IC的損壞，在制造過程中將過電壓保護元件（如二極管）集成在一起，使IC自身具備防靜電功能。

4.3 過熱保護元件

　　在許多情況下，過熱會造成電路失效，甚至發(fā)生災難；有時某些電路或元器件需要在一定的溫度范圍內才能正常工作。因此，過熱保護和溫控都是電子產(chǎn)品中經(jīng)常遇到的問題，需要借助過熱保護元件和溫控元件來解決。這類元件門類很多，本文僅涉及片式陶瓷元件。

4.3.1 疊層型片式陶瓷正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTCR）

    近年來發(fā)展起來的疊層型片式PTCR相當于若干個熱敏電阻的并聯(lián)，從而減少其電阻，提高熱響應速度，適用于現(xiàn)代SMT型電路，如大電流IC、半導體功率管等的熱保護，效果非常良好，2000年，全球產(chǎn)銷量達8億只。

4.3.2 疊層型片式陶瓷負溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTCR）

    塊狀NTCR難以同時保持高B值和低電阻，而且體積大。采用陶瓷疊層共燒技術制出的疊層型片式NTCR克服了這個缺點，如西門子的 C1621型疊層型片式NTCR的電阻降到幾十歐姆時，其B值仍能保持在3500以上。這種產(chǎn)品的特點是溫控精度高，適用于某些要求在固定溫度范圍內才能正常工作的電子元器件，如大量使用的溫補晶體振蕩器，國外各大公司都有系列產(chǎn)品問世，國內的深圳順絡公司已開發(fā)成功，電阻為100Ω時B值保持在3150 左右，為國內一流水平，并可正常供貨。

5 結束語

    本文簡要介紹了EMI對策電子元件和過電壓、過電流、過熱電路保護元件的一些新進展及其應用狀況。可以看出，這是電子元件領域中的1個新的生長點，希望得到業(yè)界人士的關心和扶植，為我國的經(jīng)濟發(fā)展和加入WTO后與國際經(jīng)濟接軌做出貢獻。

參考文獻：

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[5]Murata、TDK、AEM、AVX、Littelfuse、Taiyo－Yuden等公司的網(wǎng)頁[Z].

作者：王彥伶 北京七星華電科技集團飛行電子有限公司，北京100015