便携式电子产品的电路保护

1、便携式电子产品的电路保护庇护是设计的重要工作在产品中最重要的设计工作是电路设计。电路可分为两类：功能电路和庇护电路。功能电路（如电源电路、电路、a/d变换电路等）是用来实现电子产品各种功能的；而庇护电路（过流庇护电路、过压庇护电路及过流、过压庇护电路）是用来庇护功能电路，以实现电子产品的平安性、牢靠性及耐用性的。近年来，便携式电子产品进展快速，如mp3、mp4、pmp、dvd、数码相机及摄像机，笔记本电脑、上网本（一种小型笔记本电脑）和智能手机等。这些便携式电子产品的主要特点是功能多、电路复杂、工作频率高、频带宽、信号传输率高，并且体积小（所有采纳smd元器件），这对电路庇护提出了更高的设计要

2、求。在手机、笔记本电脑一类便携式电子产品中，因为其工作频率高、频带宽、要求高数据传输速率，电路庇护设计的优劣就不仅涉及电子产品的平安性、牢靠性和耐用性，同时也涉及到电子产品的性能质量及成本。所以，电路庇护是电子产品设计的重要工作。电路庇护的重要性现在的便携式电子产品中，电路庇护的范围极宽，数量也多。这里举两个典型便携式电子产品来解释电路庇护的重要性。1 手机手机的进展从单一的通话到能实现听音乐、拍照、上网、看电视、等功能的智能手机，电路愈加复杂，而相应的庇护电路范围也不断扩展。图1是手机中需要庇护的各个部位。图1 手机中需要庇护的部件2 笔记本电脑笔记本电脑已成为一种时尚的便携式电子产品，最近

3、开发出的“上网本”更受到衰老人的青睐。笔记本电脑比手机更复杂，其需要庇护的部件范围更广（见图2）。图2 笔记本电脑中需要庇护的部件这里要解释的是，图1及图2中的便携式电子产品还不是最新的产品，但也能看出来电路庇护的范围之广及数量之多，可见庇护电路在这些产品中的重要性。正是这些庇护元器件才实现了电子产品的平安性、牢靠性和耐用性，并且削减了用户的修理次数、修理费用及设有手机及笔记本电脑对工作带来的影响。庇护元器件的种类及工作原理庇护元器件分为三类：过流庇护、过压庇护及过流、过压庇护。它们的基本工作原理如下。1过流庇护过流庇护元件是一种非线性正温度系数热敏（p），3所示。一旦有过流状态浮现，过大的让

4、庇护元件发热使阻值发生变幻，由低阻态跃变为高阻态，从而限制电流，使被庇护的电路免受过流损坏；在过流故障排解后，庇护元件冷却，自动由高阻态改变为低阻态，复原正常工作。这种庇护元件称为自复式过流庇护元件，如泰科电子公司的polyswitch元件。图3 polyswitchtm元件工作电路2 过压庇护过压庇护元器件并联在被庇护的电路上（见图4）。在输入未过压时，过压庇护元器件呈高阻态，其泄漏电流甚微；一旦输入电压过压时，过压庇护元器件在眨眼提供低阻抗通路，并将电压钳位于平安的低电压，从而庇护电路免受过压伤害。当输入电压降临到正常工作电压时，过压庇护元器件会自动复原到高阻态。泰科电子公司的多层压敏电阻

5、（mlv）及esd庇护元件pesd就是常用的过压庇护元件。图4 过压庇护元件工作电路3 过流、过压庇护过流、过压庇护器件是过流庇护元件与过压庇护元件组成的模块（），5所示。它能在输入电压过压或因为短路造成过流故障时，庇护电路不受伤害。图5 过流、过压庇护器件工作电路泰科电子公司的polyzen元件就是常用的过流、过压庇护器件。便携式产品的庇护元器件的特点为满足便携式电子产品对庇护元器件的要求，庇护元器件应具有下述特点。1 性能 响应时光要短； 自身的功耗要小，可延伸电池寿命； 性能稳定，并且寿命长； 不影响被庇护电路的性能； 满足对环境的要求（无铅，符合rohs规范）。2 封装及尺寸 贴片式（

6、smd）封装，满足smt要求； 封装尺寸小（占面积小）及剖面高度小。3 其他 可以采纳回流焊焊接工艺； 价格低，降低产品成本。polyswitch元件及其应用电路polyswitch元件是一种自复式聚合物非线性正温度系数（pptc）热敏电阻。泰科电子公司在1995年就开发了贴片式minismd过流庇护元件，近年来又开发出microsmd、nanosmd及picosmd等尺寸更小的系列。另外，在minismd系列中增强了24v、60v的新品种及在microsmd系列中增强了2.0a的品种。polyswitch元件的主要参数：在未过流时，其电阻值很小（不同的额定电压下阻值不同，普通为零点几到几）；

7、在过流发生时，其电阻值可达m，电流微小临近“断开”，且断开时光（time-to-trip）更短。该元件的封装尺寸小；电流为0.053a；电压为660v；常态时阻值小；通过ul、csa及t哣论证。该元件应用范围极广，主要为计算机、便携式电子产品、多媒体、嬉戏机、移动电话，同时也适用于汽车、工业控制及电池等。图6 用polyswitchtm元件实现过流庇护polyswitch元件在便携式电子产品适配器（外接电源）中的过流庇护6所示。图中结构用了两个polyswitch器件，可防止短路时损坏适配器。图7 用polyswitch元件对充电器举行庇护充电器是便携式电子产品中是须要的附件，图7是充电器中p

8、olyswitch元件的应用。图7中的虚线框内是电池组，polyswitch元件在其中作充、放电过流庇护。mlv、pesd及其应用电路mlv、pesd都是过压庇护元器，它们除用过压庇护外，也是静电放电（esd）庇护元件。在插拔便携式产品的各种插头时，各端口很简单受到静电放电的损坏，因此插拔端口都需要加esd庇护元器件。在传输信号的端口上增强esd庇护元器可以防止静电放电的伤害，但因为esd庇护元器自身有一定的，在高速信号传输过程中，会造成信号的衰减及失真。所以，高速数据传输端口的esd庇护元器件的正确挑选非常重要。mlv的电容量较大（40220pf），主要用于直流及数据传输率较低的端口。但ml

9、v中的“e”系列，其电容量较小，仅312pf，可以适用于较高的数据传输速率的端口作esd庇护。pesd是特地为高数据传输率端口作esd庇护所开发的庇护元件。因为它的电容量极低（0.25pf），所以能满足ieee1394及1.3的要求，在高速数据传输时满足了信号传输质量。因此在高清电视、等离子电视、笔记本电脑和手机等产品中都采纳pesd作esd庇护元件。图8 pesd的抑制特性曲线esd的主要特性：泄露电流要小，响应时光要短（esd元件最重要的参数是电容量。普通mlv的电容量是40220pf，e系列的电容量是312pf；而pesd的电容量仅为0.25pf。图9 2.25ghz下的esd庇护元件眼

10、图图10 3.4ghz下的pesd眼图图11 显示端口庇护电路不同工作频率及要求esd庇护元件的电容量关系如表2所示。常用的esd庇护元件比较如表3所示。采纳硅esd庇护元件在2.25ghz时的眼图9所示，而采纳pesd元件在3.4ghz时的眼图10所示，这两图的比较解释了pesd的优良性能。图11是一种典型的显示端口庇护。电路。2.7ghz的高频信号线采纳8个pesd庇护元件，辅助通道工作频率为1mhz，采纳5个mlv庇护元件；在低压直流电源中则采纳了polyswitch元件作过流庇护。这样的设计既满足电路能耗要求，并且降低了成本。图12 2.0接口庇护电路图13 ieee1394接口庇护电

11、路图12及图13分离是usb2.0接口电路的庇护电路设计及ieee1394接口电路的庇护电路设计。polyzen元件及其应用电路polyzen元件器件是由精密齐纳和聚合物正温度系数（pptc）元件组合而成的集成电路。它是用于防止感应尖峰电压、眨眼高电压、错用电源适配器对电路产生过压、过流危害的庇护器件，内部结构14所示。其典型应用电路15所示。在图15中，rload为被庇护的下游电路。图14 polyzentm元件内部结构图15 polyzentm元件典型应用电路在正常工作时，vin输入电压高于齐纳二极管的击穿电压vz，有iflt电流经齐纳二极管到地，vout输出稳定的电压。有不正常的过压输入

12、vin时，则齐纳二极管的iflt会产生过流，当器件上有过流时，其电阻由低阻态瞬变到高阻态，使在其上的压降大增，vout输出基本不变，而流过齐纳二极管的电流iflt反而减小，16所示。器件上电压降的增大既庇护了齐纳二极管，又庇护了下游的电路。另外，若被庇护的下游电路中存在有局部短路或短路故障时，iout会增强，pptc元件由低阻态变成高阻态，可使电路得到过流庇护。图16 polyzen元件工作时的电压或电流变幻该器件的主要特点：庇护下游电子元器件免受过压及反向偏压的伤害（例如5v的适配器错用了12v的适配器或极性接反）；因为pptc元件的作用，削减了齐纳二极管散热的要求，减小占pcb的面积及降低成本；在过压故障时，vout输出基本不变；齐纳二极管的耐受能量大，可达30w；小尺寸贴片或4mm×4mm封装。该器件主要应用于便携式多媒体播放器（pmp）、gps、5v和12v硬型驱动器的庇护、usb5v总线庇护等。该器件有9个品种，其电气特性如表4所示。其中，zen132v230a16ls及zen056v075als是即将上市的新产品。结语因为电路庇护元器件看起来是一些结构容易的元器件，往往不被人重视。在众