3.11 mp3
mp3是zui近市场上出现的一种体积小巧而容量很大的数码音影播放机,它能够将大量歌曲存储在1个尺寸很小的条形存储器(memory stick)内,受到消费者的欢迎。mp3采用高速d/a、a/d转换器以及信号压缩技术和增强大容量存储技术,其内部数字电路产生的高频噪声和音频噪声可以从耳塞线向外辐射。在数字电路中可以安装南虹/顺络等公司新开发的磁珠;在音频线路中可装入3绕组铁氧体扼流圈,如日本村田的新产品dlm2hg,能够同时抑制高频共模和差模噪声,而不会引起音频信号的畸变和交扰。
3.12 机顶盒(数字电视机)
在微处理器与ram和图像ic之间串入磁珠阵列、lc信号线滤波器或片式3端穿心电容器;在视频信号输出端口安装ic滤波器或片式3端穿心电容器;在音频信号输出端口串入高频片式磁珠;在ts输出端口加入片式共模扼流圈或其4线陈列;在dc电源和ac电源中应安装相应的emi对策元件。
3.13 adsl
宽带网发展很快,已进入居民家庭。adsl调制解调器和线卡都需要安装不同特性的emi对策元件,如高频片式电感器、铁氧体磁珠、共模扼流圈、大电流片式3端穿心电容器、磁珠阵列等。
3.14 usb(universal serial bus)
随着信息技术的发展,传输数据的速度与容量日益增加。1台pc主机必须与多台外设相连接,如显示器、键盘、鼠标、打印机、扫描仪、数码相机等,这些连接都要使用usb。一般usb有4个插针,其中2个是信号线,另外2个是电源线。信号线上传输高速数字信号时,经常受到由回路感生的共模噪声的干扰,因而在2个信号线插针上应安装共模扼流圈;在2个电源线插针上串入大电流铁氧体磁珠。由上述实例可知,现代电子产品都离不开各种特性的emi对策元件,这为emi对策元件开拓了广阔的市场。
4 电路保护元件及其应用
人们对电子产品的可靠性、安全性要求日益苛刻,因而在电子产品中必须安装一些电路保护元件,这种趋势促使电路保护元件迅速发展,形成电子元件领域中的1个新的生长点。电路保护元件可分为3大类,即过电流保护元件、过电压保护元件及过热保护元件。
4.1 过电流保护元件
4.1.1 通用金属丝-玻璃管型熔断器
通用金属丝-玻璃管型熔断器的特点是1次性使用、价格低廉,是目前过流保护元件中产销量zui大的产品,广泛应用于各类家电及电子产品中。
4.1.2 固态熔断器
固态熔断器采用厚膜印刷工艺,在陶瓷基片上印制特殊导电浆料,形成设定形状的导电带,两端连接端电极,再用聚合物包封制成,其结构如图1所示。美国aem公司生产的fm12型高可靠固态熔断器可以视为这类产品的代表,它是美国航天总署(nasa)认证的*1种允许用于航天器中关键部位的高可靠熔断器;它的过电流保护特性不受周围环境真空度的影响,可承受强烈的冲击振动,熔断时由于聚合物包封而不会发生爆破和产生微颗粒污染,结构紧凑,体积小。
4.1.3 金属薄膜smd型熔断器
熔断器制造商litfuse开发了1种快速响应1005(0402)规格的片式熔断器,它是在环氧树脂基体上制作金属薄膜熔断丝,两端sn/pb端电极,如图2所示,其响应速度快,在3倍额定电流时,断开时间仅为0.2s。avx公司用陶瓷基体制作金属薄膜smd型熔断器,封装规格有1005(0402)/1608(0603)/2012(0805)/3216(1206)。其额定电流/电压可达3a/65v。此类smd熔断器适用于医疗设备、精密仪器、电脑及军事装备等。
4.1.4 叠层型片式熔断器
zui近,美国aem公司在网页上发布了1种叠层型片式熔断器。它是在陶瓷膜上印制熔断丝浆料,然后叠压在一起共烧,从而制成独石结构的片式熔断器。封装规格为1005(0402)/1608(0603)/2012(0805),其特点是能量密度高、精度高、可靠性高、响应速度快、易与其它叠层型片式元件集成。
4.1.5 聚合物自恢复熔断器
它是由绝缘有机高分子聚合物与无机导电材料(如金属颗粒、炭黑、石墨等)复合而成。它具有ptc(正温度系数)特性,常温下的导电性良好。当电流超过额定值时,由于热效应,其电阻值急剧上升,将电流减小乃至断开,从而起到熔断器过流保护作用。这种自恢复熔断器的优点是不用更换、使用方便、可重复使用近万次、价格低廉、动态范围大及品种多。其缺点是在常态下电阻值比金属丝型高,这样就增加了能耗,而且引起热噪声,在某些电路中不适用;有时由于故障不能及时排除,会出现过流断开-正常状态-过流断开的反复循环,可能损害电路。尽管有这些缺点,但其自恢复的优点十分诱人。自美国raychem公司发明了这种产品以来,其发展十分迅速;已有16个系列近200个品种,广泛应用于通信、电脑、汽车电子、家电、音像电子、医疗设备等。这种熔断器应进一步缩小体积,向smd型元件的封装尺寸靠拢。
4.2 过电压保护元件
在电路中,经常出现的过电压状况比较复杂,有瞬态峰值电压,有持续时间较长的浪涌电压,有静电放电等。因此,过压保护元件种类很多。本文仅涉及陶瓷类无源元件。
4.2.1 叠层型片式陶瓷压敏电阻器(mlv)
半导体zno陶瓷压敏电阻器已有多年历史,应用范围广泛。特别是在中压和高压电器的保护和防雷电中,受到人们的青睐,但由于其压敏电压与两个电极之间的距离成比例,因而块状结构的zno压敏电阻器在体积和低电压方面均不能满足现代电子产品的要求。近年来,人们利用陶瓷叠层共烧技术,用掺杂 zno半导体陶瓷材料制造出其结构与mlcc*相同的叠层型片式zno压敏电阻器。其特点是压敏电压低,可低达2v左右;通流量大;响应速度快,达 300ps;可靠性高;电容量的选择范围大,包括相当低的电容量以满足高速数据线的要求。其封装规格有1005(0402)/1608(0603) /2012(0805),这种产品适合于各种集成电路、mosfet、i/o接口、功放等过电压保护,发展前景十分广阔。有人预测今后几年的年增长率可达 30%。我国相对发展缓慢,深圳顺络公司已生产这种产品,性能良好,可为用户供货。
4.2.2 叠层型片式陶瓷穿心压敏电阻器(mlvf)
如上所述,叠层型压敏电阻器可以保护电路,其等效电路如图3所示,显然其响应时间tr和自谐振频率fsr与寄生电感lp的关系密切,lp越大,tr越长,fsr越低。如果将叠层型压敏电阻器做成穿心式结构,如叠层型3端穿心电容器那样,如本文2.4节所述,其寄生电感lp将有70%“转移到”输入/输出信号线上,如图4所示。这样,不仅减少了lc串联回路中的电感,从而缩短了tr,提高了fsr,而且组成1个t形lc低通滤波器,有助于抑制高频噪声,可谓一举两得。美国avx公司zui近首先推出这种transfeed新产品,压敏电压为5.6v~18v、允许通过的电流为 0.~1.0a,封装规格为2012(0805)。
4.2.3 内置有esd保护功能的ic
一些ic生产厂家,为了防止静电放电对ic的损坏,在制造过程中将过电压保护元件(如二极管)集成在一起,使ic自身具备防静电功能。
4.3 过热保护元件
在许多情况下,过热会造成电路失效,甚至发生灾难;有时某些电路或元器件需要在一定的温度范围内才能正常工作。因此,过热保护和温控都是电子产品中经常遇到的问题,需要借助过热保护元件和温控元件来解决。这类元件门类很多,本文仅涉及片式陶瓷元件。
4.3.1 叠层型片式陶瓷正温度系数热敏电阻器(ptcr)
近年来发展起来的叠层型片式ptcr相当于若干个热敏电阻的并联,从而减少其电阻,提高热响应速度,适用于现代smt型电路,如大电流ic、半导体功率管等的热保护,效果非常良好,2000年,产销量达8亿只。
4.3.2 叠层型片式陶瓷负温度系数热敏电阻器(ntcr)
块状ntcr难以同时保持高b值和低电阻,而且体积大。采用陶瓷叠层共烧技术制出的叠层型片式ntcr克服了这个缺点,如西门子的 c1621型叠层型片式ntcr的电阻降到几十欧姆时,其b值仍能保持在3500以上。这种产品的特点是温控精度高,适用于某些要求在固定温度范围内才能正常工作的电子元器件,如大量使用的温补晶体振荡器,国外各大公司都有系列产品问世,国内的深圳顺络公司已开发成功,电阻为100ω时b值保持在3150 左右,为国内*水平,并可正常供货。
5 结束语
本文简要介绍了emi对策电子元件和过电压、过电流、过热电路保护元件的一些新进展及其应用状况。可以看出,这是电子元件领域中的1个新的生长点,希望得到业界人士的关心和扶植,为我国的经济发展和加入wto后与经济接轨做出贡献。
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[2]张药西.电子世界.2001,3(5~9).
[3]张力.中国电子报.2002-3-8,2002-3-29.
[4]陈福厚.中国电子学会第12届电子元件学术年会论文集.2002.
[5]murata、tdk、aem、avx、litfuse、taiyo-yuden等公司的网页[z].
作者:王彦伶 北京七星华电科技集团飞行电子有限公司,北京100015