高分子材料的电路保护器件和保险丝

Littelfuse及产品概况

　　Littelfuse针对微电子电路和强电电路的保护，主要提供七种保护产品，在电信、便携式产品、家用电器、强电源方面都有一整套解决方案。在高分子材料产品方面，主要提供针对ESD（静电放电）的保护，以及针对过流或者短路方面的保护，比如PGB静电放电抑制器、PPTC（Polymer Positive Temperature Coefficient）可复用式保险丝。PGB主要用于接口部分的保护，PTC主要是串联在电源线中作过流或短路保护，在通讯电路方面，有些高压PTC作交流搭接的保护。

　　Littelfuse的PGB PulseGuard ESD抑制器的架构，最主要的是一种叫VVM（Voltage Variable Material）的材质。这是一种高压可变材料。该PGB的架构上有一个铜片，一个镍的屏蔽层，还有一个镀锡层。当ESD出现，达到启动电压的时候，PGB会从一个高阻状态变成低阻状态，把瞬间的高压直接释放到地，从而使芯片得到保护。
PGB有多种封装，可以满足客户的不同需求。它的最主要的特点就是电容非常小，只有0.05pF。在目前的一些高速高频的电路应用需要ESD保护的时候，Littelfuse的PGB能够提供完整的保护，减少和避免信号失真。

PGB静电放电抑制器及其应用

　　当有ESD在高速电路上产生时，它会通过裸露在外的连接器或者数据线直接打到芯片的内部，造成芯片短路或失效，而且是不可恢复的失效。这时就需要用ESD保护器件PGB系列静电放电抑制器。

　　不管是接触放电还是空气放电，都希望能够有全面的ESD保护，而且不影响传输的信号的完整性。在一般的电路中，MLV（多层片式压敏电阻）、TVS（瞬态电压抑制器）都能作全面的ESD保护，但是，在高速电路中，当ESD脉冲通过这些电容较大的保护器件，就容易产生波形失真。PulseGuard ESD抑制器电容极小，因而可对HDMI、DVI、USB 2.0、IEEE1394等高速信号线提供良好的ESD 防护。

　　在 消费类产品中，会遇到高速电路ESD问题的有：等离子电视机、液晶电视、高清电视、IPTV接收设备、机顶盒等。例如，高清电视都有一个HDMI的接口，HDMI的传输速率1.0 的标准是1.6GHz，1.3 的标准，甚至可以达到3.4GHz，普通的TVS、MLV对它作ESD保护，会有信号失真或者干扰的问题。而PGB应用在HDMI上时，并联在数据线和地之间，当ESD脉冲打入的时候，PulseGuard会瞬间从高阻状态进入低阻状态，把瞬间浪涌释放到地。

　　对 Littelfuse PGB在提供ESD保护时保证信号完整性的能力进行了测试。测试的是PGB的插入损耗，所用设备是频率范围为50MHz～20GHz的安捷伦8720ES网络分析仪。同时作测试的器件有五种：Littelfuse 3.00pF的多层压敏电阻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。

图1（略）

　　从测试得到的S参数曲线图（图1）可以看出3.00 pF的0402MHS、0603MLV、0.50 pF的0402抑制器的插入损耗都比较大。比较0.05 pF的0402 ESD抑制器与Littelfuse的0.05 pF 的Pulseguard。从高频开始测起。随着频率不断下降，前者的自身电容会增加，而Littelfuse的PGB不管在高频还是低频都保持着一致性，抗干扰能力很优秀。

　　仍然选用安捷伦的信号发生器、测试仪、速度示波器，在2.5 GHz 的工作频率下，对上述五种器件进行眼图测试。用3.00 pF的MHS多层压敏电阻，眼图几乎完全失真，0603 MLV处于“沙眼”状态。0.50 pF 的0402ESD抑制器，眼图表现已经非常好了，但是仍然有一些失真。0.05 pF的0402抑制器，Littelfuse的产品与其他产品相比，在做ESD保护的时候不会出现任何的信号失真、不会有损耗。

　　ESD抑制器的摆放位置与ESD保护性能的发挥有很大关系。测试表明，ESD抑制器越靠近ESD产生源、离数据线的距离越短越好。

PTC可复用保险丝及其应用

　　PTC可复用保险丝是用于过流保护的产品。它由高分子材料与导电粒子等构成，经过特殊加工后， 导电粒子在高分子材料中构成链状导电通路。当正常工作电流通过时，可复用保险丝呈低阻状态；当电路中有异常过电流通过时，大电流产生的热量使高分子材料迅速膨胀，切断导电粒子构成的导电通路，可复用保险丝呈高阻状态。当切断电源或过电流消失后，PTC可复用保险丝恢复低阻状态。

　　Littelfuse PTC可复用保险丝有贴片的、直插的、电池型的。还有一些针对交流搭接的PTC可复用保险丝。

　　PTC可复用保险丝一般用在不希望出现短路、希望避免过流损坏器件、并且保险丝可复用的情况下。具体可应用在复印机、外设硬盘驱动器、USB槽、手机电池里等等。它的用法一般与一次性保险丝相同，都是串联在电源线里。

　　虽然PTC有些特性和一次性保险丝一样，如：过流、短路保护，但是PTC用保险丝不能完成代替一次性保险丝。保险丝一般用在主电源部分，作初级保护，而PTC一般用于二级保护。一次性保险丝受温度影响不很明显，但PTC在环境温度上升时，导通电阻会发生很大变化。所以，PTC并不能完全替换一次性保险丝。

　　PTC的重要参数主要包括：额定电流、额定电压、工作温度范围、时间－电流的特性、最大分断电流。选择PTC时，应该根据具体需要综合考察这些参数。
在PTC的电性能方面，具体有导通电流、动作电流、最大电压、最大电流、功耗、初始阻值、断开阻值等参数需要特别注意。

　　PTC受到温度的影响非常大。例如在温度折点曲线图中（图2 ），A、B、C分别是diffusion fuses、non-diffusion fuses、PTC可复用保险丝的曲线。当温度变化时，A和B的温度折点变化并不是很大。但是C的温度折点变化很大。

　　在时间－电流曲线上，可以找到某个阻值的PTC在针对某个过流数值的保护时，能在多长的时间内关断电流。

图2 （略）

　　这里要特别介绍一下高压PTC可复用保险丝。在数据线上根据GR1089或者ITU K.20做一些交流搭接测试时，就需要用一些高压保险丝，比如针对欧洲的250V AC、针对北美的600V AC的保险丝，这些保险丝的电流范围一般都是80mA～180 mA。电流并不是很大，很适合通讯方面的运用。这些保险丝最大分断电流一般可以到10A，它的阻值一般都比较低。高压可复用保险丝常用在调制解调器、打印机、数据用户线、机顶盒、报警系统等器件中。

　　Littelfuse还有一些电池型的PTC，包括ST, LT,LR, VT,VL 系列。这些产品的电流是从0.7～4.2 A，最高电压是24V, 分断电流是 100A，在手机电池、便携式播放器上用得比较多。